Лабораторна робота № 2
Дослід 1. Вплив концентрації реагентів на швидкість реакції
Мета: дослідити залежність відносної швидкості реакції від концентрації натрій тіосульфату.
Обладнання та реактиви: штатив із пробірками, секундомір, розчин із молярною концентрацією натрій тіосульфату 0,25 моль/л, розчин із молярною концентрацією сульфатної кислоти 0,25 моль/л.
Хід роботи. У три пробірки налийте розчин натрій тіосульфату і дистильовану воду в кількостях, зазначених у таблиці 2.2. Відміряйте 3 мл розчину сульфатної кислоти і долийте її в 1 пробірку, перемішайте вміст пробірки і відзначте час від моменту зливання до помутніння розчину. Взаємодія натрій тіосульфату із сульфатною кислотою протікає за рівняннями:
Na2S2O3 + H2SO4 → Na2SO4 + H2S2O3;
H2S2O3 → SО2 + S↓ + H2O.
Дані запишіть у таблицю 2.2. Аналогічні дії зробіть з другою і третьою пробірками. За результатами досліду побудуйте графік залежності відносної швидкості реакції (1/t) від концентрації реагенту натрій тіосульфату. Зробіть висновок та проведіть паралель із законом діючих мас.
Таблиця 2.2
Об’єм, мл |
Концентрація Na2S2O3, а/(a+б+в) |
Час перебігу реакції, t, с |
Відносна швидкість реакції, 1/t |
||
Na2S2O3 (а) |
H2O (б) |
H2SO4 (в) |
|||
9 |
0 |
3 |
|
|
|
6 |
3 |
3 |
|
|
|
3 |
6 |
3 |
|
|
|
Дослід 2. Вплив температури на швидкість реакції
Мета: дослідити залежність відносної швидкості від температури.
Обладнання та реактиви: штатив із пробірками, секундомір, розчин з молярною концентрацією натрій тіосульфату 0,25 моль/л, розчин з молярною концентрацією сульфатної кислоти 0,25 моль/л.
Хід роботи. У три пробірки, які позначені маркером, налийте по 3 мл розчину сульфатної кислоти, а в три інші – по 3 мл розчину натрій тіосульфату. Помістіть всі пробірки в склянку з водою. Виміряйте температуру води в склянці і злийте вміст першої пари пробірок (кислоту з тіосульфатом). Відзначте час від моменту зливання до помутніння розчину. Склянку з іншими пробірками нагрійте на 100С і злийте вміст другої пари пробірок. Аналогічні дії проведіть з третьою парою пробірок при температурі, яка вища за кімнатну на 200С. Результати зведіть у таблицю 2.3. Обчисліть середнє значення температурного коефіцієнту γ. Зробіть висновок, в якому проведіть паралель з правилом Вант-Гоффа.
Таблиця 2.3
Температура Т, 0С |
Час перебігу реакції, t, с |
Відносна швидкість реакції, 1/t |
Температурний коефіцієнт
|
Т1 (початкова) |
|
|
|
Т2 (початкова + 10) |
|
|
|
Т3 (початкова + 20) |
|
|
|
Дослід 3. Вплив каталізаторів на швидкість реакції
Мета: дослідити вплив каталізаторів на швидкість реакції.
а) Гомогенний каталіз. До 10 мл дистильованої води додайте 1 краплю насиченого розчину ферум (ІІІ) хлориду і 1 краплю насиченого розчину амоній роданіду. Отриманий розчин ферум (ІІІ) роданіду розлийте порівну в 3 пробірки. В першу пробірку налийте 3 мл розчину з молярною концентрацією натрій тіосульфату 0,1 моль/л і одночасно включіть секундомір. Зафіксуйте час від моменту зливання до знебарвлення розчину. Реакція протікає відповідно рівнянню:
2Fe(SCN)3 + 2Na2S2O3 = 2Fe(SCN)2 +2NaSCN + Na2S4O6.
Речовини, що утворюються внаслідок реакції, безбарвні.
В другу пробірку додайте 1 краплю розчину купрум (ІІ) сульфату і такий же об’єм розчину натрій тіосульфату. Визначте по секундоміру час досліду. В третю пробірку додайте 5 крапель розчину купрум (ІІ) сульфату і зробіть аналогічний дослід. Зробіть висновок, яку роль відіграють йони Сu2+ і як впливає кількість каталізатора на швидкість реакції?
б) Гетерогенний каталіз. У 2 пробірки налийте по 3 мл розчину з масовою часткою гідроген пероксиду 3 %. В першу пробірку додайте щіпку манган (ІV) оксиду, а в другу – таку ж кількість силіцій (ІV) оксиду. Стежте за розкладом гідроген пероксиду з виділенням кисню (проба тліючої скіпки). Зробіть висновок, чи однаково швидко відбувається реакція? Наведіть рівняння.
в) Автокаталіз. У конічну колбу налийте 5 мл розчину щавлевої кислоти, 5 мл розчину сульфатної кислоти, перемішайте, додайте 0,5 мл розчину калій перманганату і одночасно увімкніть секундомір. Збовтуючи колбу, спостерігайте за зміною забарвлення. Відзначте час, за який розчин став безбарвним. Додайте в колбу ще 0,5 мл розчину КMnO4 і відзначте час, за який розчин знебарвиться. Повторіть дослід ще декілька раз, кожний раз відзначаючи час знебарвлення розчину. Чи змінюється час реакції:
2KMnO4 + 5H2C2O4 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + K2SO4 + 10CO2 + 8H2O?
Напишіть рівняння реакції в йонній формі. Які йони каталізують цю реакцію?
Дослід 4. Вплив концентрації реагентів на хімічну рівновагу
Мета: дослідити вплив концентрації компонентів системи на хімічну рівновагу.
Обладнання та реактиви: штатив із пробірками, розчин з молярною концентрацією ферум (ІІІ) хлориду 0,1 моль/л, розчин з молярною концентрацією амоній роданіду 0,1 моль/л, насичений розчин ферум (ІІІ) хлориду, насичений розчин амоній роданіду.
Хід роботи. Досліджуємо реакцію:
FeCl3 + 3NH4SCN ⇄ Fe(SCN)3+3NH4Cl.
Fe(SCN)3 забарвлено в криваво-червоний колір, інші речовини – безбарвні чи слабко забарвлені, тому зміна концентрації Fe(SCN)3 позначиться на зміні забарвлення розчину, що дозволяє робити висновки за зсувом рівноваги. До 20 мл дистильованої води додайте приблизно 1 мл розчину з молярною концентрацією FeCl3 0,1 моль/л і декілька крапель розчину з молярною концентрацією NH4SCN 0,1 моль/л. Отриманий розчин налийте у 4 пробірки і додайте в першу – насичений розчин FeCl3, у другу – насичений розчин NH4SCN, у третю – кристалічний NH4Cl. Четверта пробірка – контроль. Результати досліду занесіть в таблицю 2.4. Порівняйте інтенсивність забарвлення розчину в перших трьох пробірках з кольором розчину в контрольній пробірці. Поясніть зміну забарвлення розчинів, використовуючи правило Ле-Шательє.
Таблиця 2.4
№ пробірки |
Речовина, що додається |
Зміна інтенсивності забарвлення (посилення чи ослаблення) |
Напрямок зсуву рівноваги (у бік продуктів чи у бік вихідних речовин) |
1 |
нас.FeCl3 |
|
|
2 |
нас.NH4SCN |
|
|
3 |
кр. NH4Cl |
|
|
За модулем студенти повинні вміти:
– Обчислювати тепловий ефект хімічної реакції, зміну енергії Гіббса та ентропії за наслідком із закону Гесса, передбачати напрямок реакції.
– Передбачати характер зміни ентропії в реакції (ΔS > 0, ΔS < 0, ΔS ≈ 0) за рівнянням реакцій.
– Визначати можливість перебігу процесів за різних температур (зміну енергії Гіббса за відомими значеннями зміни ентальпії та ентропії).
– Обчислювати швидкість прямої та зворотної реакцій, зміну швидкості (прискорення чи сповільнення) реакцій при зміні концентрацій речовин, тиску, температури.
– Визначати напрямок зсуву рівноваги реакції при впливі зовнішніх факторів: зміні концентрації вихідних речовин або продуктів, температури, тиску тощо.
Завдання для модульної контрольної роботи № 2
Варіант |
№ завдання |
Варіант |
№ завдання |
Варіант |
№ завдання |
1 |
1,13,25,37,49 |
5 |
5,17,29,41,53 |
9 |
9,21,33,45,57 |
2 |
2,14,26,38,50 |
6 |
6,18,30,42,54 |
10 |
10,22,34,46,58 |
3 |
3,15,27,39,51 |
7 |
7,19,31,43,55 |
11 |
11,23,35,47,59 |
4 |
4,16,28,40,52 |
8 |
8,20,32,44,56 |
12 |
12,24,36,48,60 |
1-12. Вкажіть вираз закону діючих мас для розрахунку швидкості прямої реакції, що відбувається в одну стадію:
№ |
Реакція |
Відповіді |
|
1 |
N2(г)+3H2(г)=2NH3(г) |
а) б) = kС(N2)С(H2) |
в) = С(N2)С2(H2) г) = kС(N2)С3(H2) |
2 |
2SO2(г)+O2(г)=2SO3(г) |
а) = kС2(SO3) б) = kС(SO2)С2(О2) |
в) = kС2(SO2)С2(О2) г) = kС2(SO2)С(О2) |
3 |
N2(г)+О2(г)=2NО(г) |
а) = kС(N2)С2(О2) б) = kС(N2)С(О2) |
в) = kС2(NО) г) = kС(N2)С(О2)С2(NО) |
4 |
2Н2(г)+О2(г)=2Н2О(г) |
а) = kС(H2)С2(O2) б) = kС(O2)С(H2) |
в) = kС(O2)С2(H2О) г) = kС(O2)С2(H2) |
5 |
2NO(г)+O2(г)=2NO2(г) |
а) = k С(NО)С2(О2) б) = k С2(NО)С(О2) |
в) = k С2(NО2) г) = k С(N2)С(О2)С2(NО) |
6 |
2СO(г)+O2(г)=2СO2(г) |
а) = kС2(СO2) б) = kС(СO)С2(О2) |
в) = kС2(СO2)С2(О2) г) = kС2(СO)С(О2) |
7 |
СО(г)+2Н2(г)=СН3ОН(г) |
а) = k С(H2)С2(CO) б) = kС(CO)С(H2) |
в) = kС2(H2)С(CO) г) = kС(СН3ОН) |
8 |
2N2(г)+О2(г)=2N2О(г) |
а) = kС(N2)С2(О2) б) = kС2(N2)С(О2) |
в) = kС2(N2О) г) =kС(N2)С(О2)С2(N2О) |
9 |
2N2(г)+3O2(г)=2N2O3(г) |
а) = kС(N2)С2(О2) б) = kС2(N2)С2(О2) |
в) = kС2(N2)С3(О2) г) =kС(N2)С(О2)С(N2О3) |
10 |
Н2(г)+Cl2(г)=2НCl(г) |
а) = kС(H2)С2(Cl2) б) = kС(Cl2)С(H2) |
в) = kС(H2)С2(HCl) г) = kС(Cl2)С2(H2) |
11 |
S(т)+O2(г)= SO2(г) |
а) = kС2(SO2) б) = kС(S)С(О2) |
в) = kС(О2) г) = kС(SO2)С(О2) |
12 |
2Cl2(г)+O2(г)= 2Cl2O(г) |
а) = kС2(Cl2) б) = kС(Cl2)С(О2) |
в) = kС2(Cl2O) г) = kС2(Cl2)С(О2) |
=
kС(N2)С2(H2)
13-24. Розрахуйте, як зміниться швидкість реакції за умови:
№ |
Реакція |
Умови |
а) |
б) |
в) |
г) |
13 |
2NO(г)+O2(г)=2NO2(г) |
С(NO) збільшити утричі, а С(O2) зменшити удвічі |
4,5 |
9 |
1,5 |
6 |
14 |
N2(г)+3H2(г)=2NH3(г) |
збільшити С(H2) і С(N2) удвічі |
8 |
2 |
4 |
16 |
15 |
N2(г)+О2(г)=2NО(г) |
С(О2) збільшити утричі, а С(N2) зменшити удвічі |
3 |
2 |
1,5 |
4 |
16 |
2SO2(г)+O2(г)=2SO3(г) |
збільшити С(SО2) і С(О2) утричі |
3 |
9 |
27 |
81 |
17 |
N2(г)+3H2(г)=2NH3(г) |
зменшити С(N2) і С(Н2) утричі |
3 |
9 |
27 |
1/81 |
18 |
2NO(г)+O2(г)= 2NO2(г) |
зменшити С(NO) удвічі i збільшити С(O2) в 8 разів |
2 |
6 |
8 |
16 |
19 |
N2(г)+3H2(г)=2NH3(г) |
зменшити С(N2) удвічі і збільшити С(Н2) утричі |
27 |
13,5 |
15 |
6,5 |
20 |
2SO2(г)+O2(г)=2SO3(г) |
збільшити С(О2) і С(SО2) удвічі |
16 |
8 |
4 |
2 |
21 |
2Н2(г)+О2(г)=2Н2О(г) |
С(Н2) збільшити утричі, а С(О2) зменшити удвічі |
4 |
4,5 |
9 |
6 |
22 |
2NO(г)+O2(г)=2NO2(г) |
збільшити С(NO) утричі i С(O2) удвічі |
2 |
9 |
18 |
24 |
23 |
N2(г)+О2(г)=2NО(г) |
збільшити С(N2) i С(O2) в 4 рази |
4 |
8 |
12 |
16 |
24 |
2NO(г)+O2(г)=2NO2(г) |
збільшити С(O2) і С(NO) в 5 разів |
5 |
25 |
75 |
125 |
25-36. За яких умов рівновага реакції зміститься у бік продуктів реакції:
а) збільшенні температури;
б) зниженні тиску;
в) збільшенні концентрації продуктів реакції;
г) збільшенні концентрації вихідних речовин?
№ |
Реакція |
25 |
Н2(г)
+ І2(г)
= 2НІ(г);
|
26 |
2SO2(г) + O2(г) = 2SO3(г); = –196,6 кДж |
27 |
N2(г) + О2(г) = 2NО(г); = 180 кДж |
28 |
2Н2(г) + О2(г) = 2Н2О(г); = –483,6 кДж |
29 |
СО(г) + 2Н2(г) = СН3ОН(г); < 0 |
30 |
2О3(г) = 3О2(г); < 0 |
31 |
2СО(г) = 2С(графіт) + О2(г); > 0 |
32 |
2СО(г) + О2(г) = 2СО2(г); = –566 кДж |
33 |
СS2(г) + 4H2(г) = СH4(г) + 2H2S(г); < 0 |
34 |
N2(г) + 3H2(г) = 2NH3(г); = –92,4 кДж |
35 |
PCl5(г) = PCl3(г) + Cl2(г); = 92,59 кДж |
36 |
4НCl(г) + О2(г) = 2Н2О(г) + 2Cl2(г); < 0 |
> 0
37-48. Визначте, як зміниться швидкість реакції за наступних умов (наведіть розрахунки):
№ |
T1 |
T2 |
γ |
а) |
б) |
в) |
г) |
37 |
273 |
303 |
2 |
2 |
1/8 |
8 |
16 |
38 |
320 |
280 |
3 |
3 |
81 |
1/9 |
1/81 |
39 |
280 |
310 |
4 |
4 |
1/4 |
64 |
1/64 |
40 |
279 |
319 |
2,5 |
39 |
18,5 |
1/20 |
2,5 |
41 |
350 |
320 |
3,5 |
1/86 |
1/43 |
23 |
46 |
42 |
320 |
360 |
2 |
4 |
16 |
1/16 |
1/4 |
43 |
295 |
275 |
4 |
1/8 |
1/16 |
1/81 |
64 |
44 |
315 |
345 |
2,2 |
1/8 |
10,6 |
2,2 |
4,4 |
45 |
334 |
314 |
3,4 |
6,8 |
13 |
1/6 |
1/12 |
46 |
277 |
317 |
2,6 |
1/46 |
46 |
2,6 |
1/4 |
47 |
324 |
304 |
3 |
3 |
1/3 |
9 |
1/9 |
48 |
289 |
319 |
4 |
1/4 |
64 |
16 |
4 |
49-60. Вкажіть тип реакції за тепловим ефектом та можливість її перебігу при стандартних умовах за значеннями зміни ентальпії та енергії Гіббса (наведіть розрахунки):
а) екзотермічна, самодовільна;
б) ендотермічна, самодовільна;
в) екзотермічна, неможлива;
г) ендотермічна, неможлива
№ |
Реакція |
49 |
Аl2S3(к) + 6H2O(р) = 2Al(OH)3(к) + 3H2S(г) |
50 |
Fe2O3(к) + 2Al(к) = Al2O3(к) + 2Fe(к) |
51 |
3FeO(к) + 2Al(к) = Al2O3(к) + 3Fe(к) |
52 |
2H2S(г) + 3О2(г) = 2SО2(г) + 2Н2О(г) |
53 |
Fe2O3(к) + 3C(гpафіт) = 3CО(г) + 2Fe(к) |
54 |
Fe2O3(к) + 3Н2(г) = 3Н2О(г) + 2Fe(к) |
55 |
Fe2O3(к) + 3СО(г) = 3СО2(г) + 2Fe(к) |
56 |
2КВr(к) + Cl2(г) = 2KCl(к) + Вr2(г) |
57 |
4NH3(г) + 3O2(г) = 2N2(г) + 6H2О(г) |
58 |
СuO(к) + C(графіт) = Сu(к) + CO(г) |
59 |
PbO2(к) + 2Zn(к) = Pb(к) + 2ZnO(к) |
60 |
2NО(г) + О2(г) = 2NО2(г) |