Лабораторная работа №5 Химическая кинетика (2/1/1/1 часа)

Порядок выполнения работы:

Тиосульфат натрия разлагается в растворе серной кислотой по реакции

Na₂S₂O₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+SO₂+S+H₂O

Опыт 1 «Зависимость скорости реакции от концентрации»

1. В пять пронумерованных пробирок налейте из бюретки точно отмеренный объем раствора Na₂S₂O₃ известной концентрации (концентрация указывается преподавателем) и воду в количестве, указанном в таблице 1.

2. В другие пять пробирок налейте из другой бюретки серную кислоту 1,0 н. концентрации в объеме 5 мл.

3. Слейте приготовленные растворы попарно (кислоту к тиосульфату) и по секундомеру отметьте время начала появления помутнения содержимого каждой пробирки. Результаты запишите в табл.1.

Таблица 1. Зависимость скорости реакции от концентрации

Объем в мл			С(Na2S2O3), моль/л	Время до появления мути, сек	Vотн=1/t, сек -1	К
Na2S2O3	H2O	Н2SO4
1	4	5	0,01
2	3	5	0,02
3	2	5	0,03
4	1	5	0,04
5	0	5	0,05

4. Приняв концентрацию тиосульфата в первой пробирке за единицу, постройте график, откладывая на оси абсцисс концентрации, а на оси ординат – относительную скорость реакции, т.е. величину, обратную времени.

Каким должен быть график при идеальном выполнении закона действующих масс? Какой вывод можно сделать о порядке исследуемой реакции на основании полученной зависимости? Рассчитайте константу скорости реакции по закон действующих масс, если концентрация серной кислоты 0,5 моль/л.

Опыт 2 «Зависимость скорости реакции от температуры»

1. В три пронумерованных пробирки налейте по 5 мл раствора Na₂S₂O₃ концентрации 0,1 моль/л, а в другие три – по 5 мл серной кислоты концентрации 1 моль/л. Поместите все пробирки в стакан с водой и через 5 минут, измерив температуру воды, слейте вместе содержимое одной пары пробирок с Na₂S₂O₃ и H₂SO₄. Отметьте время начала помутнения.

2. В стакан с оставшимися пробирками прилейте горячей воды, чтобы температура воды поднялась примерно на 20˚С. Вновь выдерживайте пробирки при одной температуре 5 минут, отмечайте температуру воды в стакане и сливайте следующую пару пробирок. Запишите время начала помутнения.

3. Опыт с последней парой пробирок проведите при температуре, приблизительно на 40˚С выше первоначальной. Результаты всех опытов внесите в таблицу 2.

Таблица 2. Зависимость скорости реакции от температуры

t, ˚С	Время реакции, сек	Vотн=1/t, сек -1

Постройте график зависимости скорости реакции от температуры.

Опыт 3 «Зависимость скорости реакции от концентрации катализатора»

1. В три пронумерованных пробирки налейте по раствор Na₂S₂O₃, CuSO₄ и H₂O согласно данным таблицы 3. Общий объем содержимого пробирок – 5 мл. В другие три пробирки налейте по 5 мл серной кислоты концентрации 1 моль/л.

Таблица 3. Cостав растворов

№ опыта	Na2S2O3, мл	CuSO4, мл	H2O, мл	V раствора, мл	V Н2SO4, мл
1	2	1	2	5	5
2	2	2	1	5	5
3	2	3	0	5	5

2. Сливая пробирки попарно, как в предыдущих опытах, определите время помутнения растворов. Занесите данные в таблицу 4.

Таблица 4. Зависимость скорости реакции от концентрации катализатора

Cu2+, моль-экв/л	Время реакции, сек	Vотн=1/t, сек -1

Постройте график зависимости скорости реакции от концентрации катализатора – ионов Cu²⁺.

Контрольные вопросы:

1. Сформулируйте закон действующих масс.

2. Что называется температурным коэффициентом реакции?

3. Какова зависимость между скоростью реакции и температурой?

4. Напишите математическое выражение для скорости химической реакции, протекающей по уравнению:

N₂+O₂=2NO

2NO+O₂=2NO₂

5. Константа скорости реакции

I₂+H₂=2HI

при температуре 508˚С равна 0,16. Вычислите, какова скорость этой реакции при концентрации водорода 0,04 моль/л и иода 0,03 моль/л.

6. Во сколько раз изменится скорость реакции

2NO+O₂=2NO₂

при увеличении концентрации оксида азота (II) и кислорода соответственно в 2 и 3 раза?

6. Каталитическое окисление аммиака выражается уравнением

4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O

Через некоторое время после начала реакции концентрации стали: аммиака 0,01 моль/л, кислорода 0,02 моль/л, оксида азота (II) 0,003моль/л. Вычислите исходные концентрации аммиака и кислорода.

6. Во сколько раз изменится скорость реакции, температурный коэффициент которой равен 2, при повышении температуры на 120˚С?

Рекомендуемая литература [1, 4, 5]

Контрольные задания для СРС [1, 2, 7]

1. Энергия активации. Уравнение Аррениуса.

2. Молекулярность и порядок реакции.