Ход работы
В данной работе зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ и температуры изучается на примере самопроизвольного разложения тиосерной кислоты (Н2S2О3) – опыты 1 и 2.
Известно, что соли тиосерной кислоты устойчивы как в твердом состоянии, так и в растворе, сама же кислота неустойчива даже в разведенном растворе и самопроизвольно разлагается с образованием сернистой кислоты и свободной серы. Сернистая кислота также разлагается на сернистый газ и воду. Таким образом, при добавлении к раствору, например, тиосульфата натрия серной кислоты будут протекать реакции:
Na2S2О3 + Н2SО4 = Н2S2О3 + Na2SО4
Н2S2О3= Н2SО3 + S
Н2SО3= Н2О + SО2
Первая реакция идет практически мгновенно, так же мгновенно устанавливается химическое равновесие между сернистой кислотой, сернистым газом и водой, а скорость всего процесса определяется скоростью наиболее медленной второй реакции, которую и предлагается изучить.
Опыт основывается на следующем: разложение тиосерной кислоты сопровождается выделением эквивалентного количества коллоидной серы, так что по плотности ее суспензии можно судить о количестве разложившейся тиосерной кислоты.
Проводятся опыты в пробирке, на задней стенке которой проведена цветная полоска. В начале опыта эта полоска четко просматривается через прозрачный раствор Na2S2О3, но после добавления раствора Н2S2О4 через некоторое время раствор делается мутным и цветная полоска становится почти невидимой.
В разных опытах определяется время с момента сливания растворов тиосульфата натрия и серной кислоты (начало реакции) до начала видимого исчезновения цветной полоски (конец опыта).
1. Зависимость скорости химической реакции от различных факторов
Опыт 1. Зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ
Опыты проводятся при комнатной температуре.
Пронумеровать четыре пробирки в верхней части и с помощью одной из пипеток налить в них раствор тиосульфата натрия: в первую пробирку 3 мл, во вторую - 1,5 мл, в третью - 1 мл и в четвертую - 0,75 мл.
Затем другой пипеткой добавить дистиллированную воду: во вторую пробирку - 1,5 мл, в третью – 2 мл, в четвертую 2,25 мл и перемешать содержимое.
На задних стенках пробирок провести стеклографом полосу.
Третьей пипеткой отмерить в четыре другие пробирки по 3 мл раствора серной кислоты.
Быстро прилить 3 мл кислоты в первую пробирку с раствором тиосульфата натрия. Тотчас же начать отсчет времени по секундомеру, одновременно с этим содержимое пробирки перемешать осторожно встряхивая без разбрызгивания.
В момент исчезновения полосы на задней стенке пробирки остановить секундомер. Записать время реакции.
Провести аналогичные опыты с другими растворами тиосульфата натрия. Время достижения одинаковой плотности суспензии тем больше, чем меньше концентрация Н2S2O3.
Результаты свести в табл. 5.1.
Таблица 5.1
Зависимость скорости разложения Н2S2O3 от концентрации
№ оп.
|
Объем, мл |
Общий объем, мл |
Концен-трация Н2S2O3, моль/л |
Промежуток времени до исчезновения полоски, ∆t, с |
|
||
Na2S2O3
|
РHHHHH2O
|
H2SO4
|
|||||
|
3 1,5 1 0,75 |
0 1,5 2 2,25 |
3 3 3 3 |
|
|
|
|
Рассчитать величины, обратные ∆t, которые пропорциональны скоростям реакции. Построить график на миллиметровой бумаге, используя результаты измерений; на оси ординат изображая , а на оси абсцисс – концентрацию раствора тиосульфата натрия. Сделать вывод.
Опыт 2. Зависимость скорости химической реакции от температуры
В последующих опытах сравнивается скорость реакции при одинаковых концентрациях Н2S2O3, но при различных температурах.
Изучение зависимости скорости разложения тиосерной кислоты от температуры проводить в термостате при трех температурах, которые выше комнатной на 10, 20 и 30°С.
Для этого при каждой температуре проделать то же, что и в опыте А, сливая при каждой температуре 3 мл 0,15 М раствора тиосульфата натрия и 3 мл серной кислоты той же молярности. Результаты свести в табл. 5.2, включив в нее также время реакции при комнатной температуре из опыта 1.
На основании результатов опыта вычислить:
а) 1/∆t для 20, 30, 40 и 50°С;
б) γ для различных температурных интервалов от и среднее значение температурного коэффициента.
Таблица 5.2