Лабораторная работа № 2 Скорость химических реакций. Смещение химического равновесия

Цель работы: изучить влияние изменения концентрации веществ и температуры на скорость химических реакции и смещение химического равновесия; исследовать зависимость скорости гетерогенной реакции от величины поверхности раздела фаз.

Приборы и реактивы: штатив с пробирками, пипетки капельные, секундомер, стаканы 200-300 см³, электрочайник, термометры 0-100 С, прибор для изучения смещения равновесия в системе NO₂/N₂O₄, вода дистиллированная, хлорид калия (KCl), растворы: тиосульфата натрия (Na₂S₂O₃) 0,5 М, серной кислоты (H₂SO₄) 1 М, хлорида железа(III) (FeCl₃) 0,0025 н. и 0,5 н., соляной кислоты (HCl) (1:1), роданида калия (KCNS) 0,0025 н. и насыщенный, кусочки льда, кусочки мрамора (CaCO₃) различных фракций.

Опыт 1. Влияние концентрации реагирующих веществ на ско­рость химической реакции

Реакция взаимодействия тиосульфата натрия с серной кислотой протекает по уравнению:

Nа₂S₂O₃ + Н₂SO₄ = Na₂SO₄ + S + SO₂ + Н₂О.

Предварительно проделайте качественный опыт, для чего в пробирку внесите 5-10 капель раствора тиосульфата натрия и 3-5 капель раствора серной кислоты. Наблюдайте появление слабой опалесценции и дальнейшее помутнение раствора от выпавшей свободной серы.

Приготовьте в трёх пробирках три раствора тиосульфата натрия одинакового объема, но различной концентрации: в пробирку № 1 добавить 5 капель раствора тиосульфата натрия и 10 капель воды; в пробирку № 2 добавить 10 капель раствора тиосульфата натрия и 5 капель воды; в пробирку № 3 добавить только 15 капель раствора тиосульфата натрия;

Первую и вторую пробирки осторожно встряхните. Таким образом, условная концентрация тиосульфата натрия в трех пробирках будет: в пробирке № 1 - С, в пробирке № 2 - 2С, в пробирке № 3 - 3С.

В первую пробирку добавьте одну каплю серной кислоты, одновременно включите секундомер. Отметьте время от момента до­бавления кислоты до появления в растворе заметной опалесценции. Таким же образом проделайте опыт со второй и третьей пробирками, отмечая по секундомеру время до появления в растворе опалесцен­ции.

Оформление опыта 1

1. Занесите данные опыта в таблицу

№ пробирки	Число капель Na2S2O3	Число капель воды	Число капель H2SO4	Общее число капель	Время течения реакции (), с	Скорость реакции (1/)
1	5	10	1	16
2	10	5	1	16
3	15	0	1	16

2. Постройте график зависимости скорости реакции от условной концентра­ции тиосульфата натрия и сделайте соответствующие выводы.

Опыт 2. Влияние температуры на скорость химической реак­ции

Приготовьте три стакана емкостью 200-300 см³. В стакан № 1 налейте на 2/3 воды комнатной температуры. Стакан № 2 наполните на 2/3 холодной водой из крана и добавьте несколько кусочков льда. В стакан № 3 добавьте на 1/2 воды комнатной температуры и до 2/3 кипятка из электрочайника. В каждый стакан опустите термометр и пробирку с 10 каплями раствора тиосульфата натрия. Оставьте стаканы для выравнивания температуры воды и содержимого пробирок на 5-10 минут. В это время зарисуйте таблицу

№ стакана	Температура (t), C	Время реакции (), с.	Скорость реакции (1/)
1
2
3

Термостатирование в стаканах можно считать успешным, если температура тёплой и холодной воды изменяется очень медленно 1-2 C/мин. и отличается от значения комнатной температуры воды не менее, чем на 10C .

В пробирку стакана № 1, не вынимая её из стакана, добавьте одну каплю серной кислоты и одновременно включите секундомер. Отметьте время от момента до­бавления кислоты до появления заметной опалесценции. Данные внесите в таблицу. Повторите опыт с раствором тиосульфата натрия в двух других стаканах. Произведите отсчет времени, как и в первом случае.

Оформление опыта 2

1. Оформите таблицу.

2. Постройте график зависимости скорости изученной химической реакции от температуры, сделайте соответствующие выводы.

3. Рассчи­тайте температурный коэффициент химической реакции.

Опыт 3. Влияние величины поверхности раздела фаз на ско­рость гетерогенной реакции

В две пробирки поместите одинаковые по массе навески мрамора (примерно по 0,5 г): в одну из них целым кусочком, а в другую - в виде крошки. Прилейте в обе пробирки одинаковое количе­ство (2-3 см³) соляной кислоты. Отметьте интенсивность выделения углекислого газа и время полного растворения мрамора в каждом случае.

Оформление опыта 3

1. Напишите уравнение протекающей реакции.

2. Объясните, почему скорость растворения мрамора в двух случаях различна?

Опыт 4. Влияние концентрации веществ на смещение химического равновесия.

В пробирку поместите 3 см³ разбавленного раствора хлорида железа(III) и добавьте равный объём разбавленного раствора роданида калия. Перемешайте полученный раствор легким встряхиванием, и разделите содержимое поровну в четыре пробирки. Поставьте пробирки в штатив и проделайте следующие операции: в пробирку № 1 добавьте 1-2 капли насыщенного раствора хлорида железа(III); в пробирку № 2 добавьте 1-2 капли насыщенного раствора роданида калия; в пробирку № 3 добавьте на кончике микрошпателя кристаллы хлорида калия; пробирку № 4 оставьте без изменений в качестве образца сравнения. Сравните интенсивность окраски полученных растворов в пробирках № 1-3 с интен­сивностью окраски раствора сравнения.

Оформление опыта 4

1. Напишите уравнение обратимой реакции и выражение для константы равновесия.

2. Отметьте под уравнением окраску каждого реагента и продукта обратимой реакции.

3. Запишите, как изменилась интенсивность окраски при проведении эксперимента в пробирках № 1-3. Сделайте вывод о том, в каком на­правлении смещается равновесие данной равновесной системы при добавлении: 1) хлорида железа(III); 2) роданида калия; 3) хлорида калия.

Опыт 5. Влияние температуры на смещение химического равновесия

Рассмотрите прибор для изучения смещения равновесия в системе NO₂/N₂O₄ (рис. 2.1). Прибор состоит из двух колбочек, заполненных оксидом азота(IV) и герметично соединённых между собой резиновым шлангом.

Рис. 2.1. Прибор для изучения смещения равновесия в системе NO₂/N₂O₄

Приготовьте два стакана с водой. В один стакан налейте го­рячую воду, а в другой - холодную воду со льдом. Одновременно опустите одну колбочку прибора в стакан с горячей водой, а другую колбочку прибора в стакан с холодной водой. Наблюдайте усиление окраски газа в горячей воде и обесцвечивание в холодной. В данном случае имеет место обратимая реакция димеризации оксида азота(IV)

2NO₂ = N₂O₄ .

Оформление опыта 5

1. Зарисуйте прибор для изучения смещения равновесия в системе NO₂/N₂O₄ и подпишите его основные части.

2. Запишите уравнение протекающих реакций.

3. Отметьте цвета оксида азота(IV) и его димера.

4. На основании принципа Ле Шателье и данных опыта решите вопрос о тепловых эффектах прямой и обратной реакций.