Опыт 3. Гомогенный катализ

Проследить каталитическое ускорение окисления соединений марганца (II) до марганца (VII). Окисление соединений марганца (II) до марганца (VII) легко наблюдать, так как ион Mn²⁺ практически бесцветный, а ион MnO₄^- (в котором марганец имеет степень окисления +7) окрашен в фиолетово-красный цвет.

Внести в две пробирки по 3-4 мл раствора сульфата марганца (II) MnSO₄ или нитрата марганца (II) Mn(NO₃)₂ (но не хлорида марганца MnCl₂, так как ионы хлора мешают проведению реакции) и подкислить таким же объемом 2 н. раствора азотной кислоты. В одну из пробирок добавить одну каплю раствора нитрата серебра AgNO₃ и в обе пробирки по одному шпателю кристаллического персульфата аммония (NH₄)₂S₂O₈.

Поместить пробирки в стакан с горячей водой. В какой пробирке раньше появилось фиолетово-красное окрашивание? Реакция выражается уравнением:

2MnSO₄ + 5(NH₄)₂S₂O₈ + 8H₂O = 2HMnO₄ + 5(NH₄)₂SO₄ + 7H₂SO₄.

Азотная кислота на реакцию не расходуется и добавляется для создания определенной кислотной среды в начале реакции. В качестве промежуточных быстро протекающих процессов происходит восстановление ионов серебра ионами марганца (II) и обратное окисление серебра персульфатом аммония.

Какой ион является катализатором в данном процессе?

Опыт 4. Скорость гетерогенных химических реакций

В сухой ступке осторожно смешать (не растирая) несколько кристаллов нитрата свинца (II) и иодида калия. Происходит ли изменение окраски?

Энергично растирать кристаллы. Что происходит?

Из пипетки добавить к смеси несколько капель воды; обратить внимание на изменение окраски. Объяснить опыт в целом. Написать уравнение реакции.

Опыт 5. Смещение химического равновесия при изменении концентрации реагирующих веществ

Смешать по 10 мл 0,001 н. растворов хлорида железа (III) и роданида калия. Написать уравнение этой обратимой реакции и выражение константы равновесия для нее.

Полученный раствор разлить поровну в четыре пробирки. В первую пробирку добавить немного концентрированного раствора роданида калия, во вторую – концентрированного раствора хлорида железа (III), в третью – немного кристаллического хлорида калия, а четвертую пробирку оставить для сравнения. Сравнить цвета жидкостей в пробирках.

По изменению интенсивности окраски растворов можно судить об изменении концентрации роданида железа (III) – Fe(SCN)₃, т. е. о смещении химического равновесия в ту или другую сторону. Объяснить изменение цвета на основании закона действия масс. Сместится ли химическое равновесие при разбавлении полученных растворов?

Вопросы к допуску

1. Что понимают под скоростью химических реакций?

2. Как выражается средняя и истинная скорость химических реакций?

3. Почему о скорости химических реакций имеет смысл говорить только для данного момента времени?

4. Какие факторы влияют на скорость химической реакции?

5. В чем различие гомогенных и гетерогенных химических процессов?

6. Сформулируйте закон действия масс.

7. Что такое молекулярность и порядок реакции?

8. Что такое константа скорости химической реакции?

9.Каков физический смысл константы химической реакции, в каких единицах она измеряется?

10. Как скорость химических реакций зависит от температуры? Что такое температурный коэффициент скорости химической реакции? Как он рассчитывается?

11. Скорость каких реакций (эндотермических, экзотермических, любых) увеличивается с повышением температуры?

12. Что такое энергия активации химической реакции? Зависит ли доля активных молекул в системе от величины энергии активации? Как влияет величина энергии активации на скорость реакции?

13. Что такое катализатор? Что такое ингибитор?

14. Чем отличается гетерогенный катализ от гомогенного?

15. Что такое автокатализ?

16. Какова роль катализатора в гетерогенном катализе?

17. Какие реакции называются обратимыми? В чем их отличие от реакций, идущих до конца?

18. Что такое состояние химического равновесия? От чего зависит смешение равновесия?

19. Что такое константа равновесия химической реакции?

20. Как константа равновесия химической реакции выражается через равновесные концентрации реагирующих веществ?