Опыты с тиосульфатом натрия (опыты с секундомером)

Опыт 1. Иллюстрация зависимости скорости реакции от концентрации.

В три стакана наливают раствор тиосульфата натрия концентрацией 0,5 моль/л: в 1-й – 10 мл, во 2-й – 20 мл, в 3-й – 30 мл.Прибавляют в 1-й стакан 20 мл дистиллированной воды, во 2-й – 10 мл.Затем одновременно приливают в каждый стакан 30 мл раствора серной кислоты с концентрацией 0,5 моль/л . С помощью секундомера, метронома или простого отсчета замечают время появления коллоидной серы (Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ = H₂S₂O₃ + Na₂SO₄; H₂S₂O₃ = H₂O + SO₂ + S; nS = S_n).

Время появления серы в 1-м стакане примерно в 3 раза больше, чем во 2-ом, т.е . обратно пропорционально концентрации тиосульфата.

Опыт 2. Иллюстрация зависимости скорости реакции от температуры.

В 2 стакана наливают по 30 мл раствора тиосульфата натрия концентрацией 0,5 моль/л, а в два другие – по 30 мл раствора серной кислоты той же концентрации.

Сливают раствор тиосульфата с раствором серной кислоты при комнатной температуре. Замечают время появления осадка (секундомер, метроном, простой отсчет).

Вторую пару стаканов с погруженными в них термометрами помещают в широкий стакан с горячей водой . После того, как температура повысится в них на 10⁰С, их вынимают из воды и растворы сливают. Время до начала появления коллоидной серы уменьшается по сравнению с комнатной температурой.

Опыты с пероксидом водорода (гомогенный и гетерогенный катализ)

Опыт 1. В большой стакан, примерно на 1л, наливают раствор хромата калия светло-желтого цвета (цвета некрепкого чая). Из пипетки приливают к хромату 1 – 2 мл 3% раствора пероксида водорода (избегать избытка пероксида). Раствор приобретает фиолетово-коричневый цвет – цвет промежуточного продукта. Через 2-3 мин начинается выделение пузырьков кислорода. После полного разложения промежуточного продукта раствор снова делается светло-желтым. (При слабом нагревании процесс идет быстрее).

Опыт 2.Наливают 5 мл 10% раствора пероксида водорода в демонстрационную пробирку с щепоткой оксида марганца (IV). Пробирку закрывают пробкой с газоотводной трубкой, подведенной под бюретку с водой или цилиндр.

Следят за скоростью процесса по интенсивности пузырьков кислорода в единицу времени. Отмечают, меняется ли количество пузырьков по мере уменьшения концентрации пероксида водорода.

Встряхивают содержимое демонстрационной пробирки, наблюдают, меняется ли при этом скорость процесса, выясняют роль диффузии при гетерогенном процессе.

Опыт 3. На один конец стеклянной палочки (или трубочки) наносят с помощью клея порошок оксида марганца(IV) (Конец трубочки обмазывают подходящим клеем типа «Момент»; на лист бумаги насыпают небольшое количество порошка MnO₂, катают трубочку по порошку. Дают высохнуть. Промывают от не приклеившихся частиц.).

Стеклянную трубочку с нанесенным на ее поверхность катализатором опускают в раствор пероксида водорода. Наблюдают бурное протекание реакции. Вынимают трубочку – реакция прекращается.

Опыты с пероксидом водорода на старшей ступени школы

Опыт 1

Берут прямоугольный кусочек картона(12 х 6 см²), проделывают в нем отверстия по диаметру реакционных пробирок на расстоянии 1 см друг от друга, так, чтобы пробирки выстроились в ряд. Закрепляют в лапке штатива. До урока наливают в каждую пробирку по 10 капель индигокармина. Прибавляют в три пробирки катализаторы: в первую-щепотку MnO₂, во вторую-РвО₂ (или РвО или SiO₂), в третью- 3-4 капли 0,5н раствора хлорида железа (III), четвертая пробирка - контрольная. Пробирки с катализаторами этикетируют. Заранее наливают в четыре другие пробирки по 3мл 30% раствора Н₂О₂. Готовят белый фон, спиртовки, спички, секундомер.

На уроке двое одновременно быстро приливают пероксид водорода в пробирки с красителем. Встряхивают пробирки. Засекают время. Вносят тлеющие лучинки в верхнюю часть пробирок.

Наблюдают за поведением лучинок, красителя, реакционных смесей, следят за временем.

Выясняют, где имел место катализ, где он был гомогенным, где гетерогенным? Сравнивают каталитическое действие трех веществ. Делают вывод о зависимости скорости от природы катализаторов. Предлагают запомнить катализаторы данной реакции, индикатор ее. (Сильным учащимся дают задание: выяснить название двух колец индигокармина, написать уравнения превращения индиго в индигокармин). Предлагают описать механизм гетерогенного катализа. Сказать, где на производстве есть катализ, подобный демонстрируемому.)

Опыт 2

Перед уроком готовят три пробирки с катализаторами: 1 – 2 мл 0,2н раствора сульфата меди (II); 2 – 2 мл комплексной соли [Cu(NH₃)₄]SO₄ (для получения комплекса к 1 мл раствора CuSO₄ прибавляют по каплям 20% раствор аммиака до появления и исчезновения осадка), 3 – 2 мл раствора фермента каталазы. (Очищенный картофель трут на терке, кашицу помещают в пробирку, кашица должна быть свежеприготовленной).

Готовят еще три пробирки с 5 мл 3% раствора пероксида водорода в каждой. Все пробирки ставят в штатив.

На уроке одновременно пероксид водорода приводят в соприкосновение с катализаторами. Делают те же анализы и наблюдения, что и в опыте 1. В пробирке с ферментом замечается вспенивание, но лучинка не разгорается. Разложение пероксида идет, по продукты иные. Концентрация пероксида обязательно должна быть малой, иначе каталаза инактивируется.

В ходе опыта обращают внимание на то, что работают с катализаторами неорганической и биологической природы. Первые являются аква – и амминокомплексами меди (II), последний - ферментом , извлеченным из клеток картофеля. Осуществляют гомогенный катализ.

Предлагают доказать, что катализ имеет место и он гомогенный. Предлагают сравнить скорость разложения Н₂О₂ в трех случаях, сказать: от каких факторов зависит катализ? Просят рассмотреть продукты реакции, назвать функцию Н₂О₂: окислитель, восстановитель, окислитель-восстановитель? Просят учащихся сделать вывод, только ли скорости процессов изменяют катализаторы?

Предлагают объяснить, почему для опыта использовали разбавленный, а не концентрированный раствор Н₂О₂: предлагают сказать, сохранялся в ходе опыта аква,- амминокомплекс меди(II); катион меди (II) или комплексный её катион катализировал процесс.

Просят придумать и провести опыт, подтверждающий, что свойства катализатора остались неизменными после того, как разложение Н₂О₂ закончилось. Предлагают учащимся объяснить механизм действия этих катализаторов, сравнить его с механизмом гетерогенного катализа.

Опыт 3

В картон с четырьмя отверстиями (из опыта 1) укрепляют пробирки с 5мл 20% раствора Н₂О₂. Картон закрепляют в лапке штатива. Готовят широкий стакан или другой сосуд с прозрачными стенками, в который можно было бы налить подогретую до 50⁰С воду и одновременно опустить 4 пробирки с Н₂О₂.

На уроке в Н₂О₂ опускают длинные полоски универсального индикатора, при его отсутствии - лакмуса. По каплям из пипетки приливают в первую пробирку раствор соляной кислоты до слабокислой реакции среды, во вторую и четвертую – раствор едкого натра до слабощелочной среды, в третьей пробирке – добиваются нейтральной среды. Отмечают, что при комнатной температуре вне зависимости от реакции среды, разложение Н₂О₂ не наблюдается.

Одновременно погружают пробирки в сосуд с водой (50⁰С). Через минуту сравнивают число пузырьков в пробирках. Начинают пробы тлеющей лучинкой. В четвертую пробирку добавляют щепотку оксида марганца(IV). Наблюдают вскипание содержимого, подчас выброс его.

Продолжают пробы тлеющей лучинкой в верхней части 1-3 пробирок, замечают бурное образование пузырьков во второй пробирке, менее бурное – в третьей и отсутствие или очень слабое образование пузырьков в первой. Если наблюдение за процессами в первой – третьей пробирках ведут несколько минут, то замечают обесцвечивание индикатора во второй пробирке под действием атомарного кислорода.