Лабораторна робота № 2 Кінетика гомогенних хімічних реакцій

Вивчення швидкості і механізму хімічних реакцій є головним питанням хімічної кінетики – розділу фізичної хімії.

Знаючи умови протікання реакції, можна змінювати швидкість реакції, тобто керувати технологічним процесом.

Під швидкістю хімічної реакції мають на увазі зміну концентрації реагуючих речовин в одиницю часу

V =  C /  =  (C2 - C1) / (2 - 1)

(2.1)

де С₁ і С₂ – концентрації вихідних речовин або продуктів реакції відповідно в момент часу ₂ і ₁.

При цьому варто пам'ятати про те, що в процесі реакції концентрації вихідних речовин зменшуються, а концентрації продуктів реакції збільшуються.

Швидкість хімічних реакцій залежить від природи реагуючих речовин і умов протікання реакції, з яких найважливішими є концентрація реагуючих речовин, температура і присутність каталізатора.

На основі великого експериментального матеріалу норвезькі вчені Гульдберг і Вааге, і незалежно від них російський учений М.М. Бекетов у 1867 р. сформулювали основний закон хімічної кінетики – закон дії мас: швидкість хімічної реакції прямо пропорційна добутку концентрацій реагуючих речовин у ступенях, рівних стехіометричним коефіцієнтам. Математичне вираження закону для реакції типу аА + вВ = d + f має вид:

V = k [А]а [В]в,

(2.2)

де V – швидкість реакції;

k – константа швидкості;

[А] і [В] – концентрації реагуючих речовин;

а та в – стехіометричні коефіцієнти в рівнянні реакції.

Дослід №1. Залежність швидкості реакції від концентрації реагентів.

Вплив концентрації на швидкість реакції розглянемо на прикладі взаємодії тіосульфату натрію і сірчарною кислоти:

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ = S + H₂SO₃ + Na₂SO₄

При цьому виключимо вплив концентрації одного з реагентів, наприклад, сірчаної кислоти, концентрація якої буде постійна. Якісним показником ходу реакції може служити помутніння розчину в результаті утворення сірки, що виділяється.

Відповідно до закону дії мас:

V = k [H2SO4] [Na2S2O3]

(2.3.)

т.к. [H₂SO₄] = cоnst, то

Vу = Ку [Na2S2O3] ,

(2.4.)

де V_у – умовна швидкість реакції;

К_у – умовна константа швидкості реакції;

[Na₂S₂O₃] – відносна концентрація тіосульфату натрію.

У залежності від концентрації тіосульфату натрію час від моменту зливання розчину до появи видимого осаду сірки буде різним. Тому що в даному випадку абсолютне значення зміни концентрації сірки відсутнє, для спрощення розрахунків умовно приймаємо C_s = 100, тоді умовну швидкість можна обчислити за формулою:

Vу = 100/

(2.5)

де  - час від моменту зливання розчину до появи перших ознак помутніння розчину.

Умовна константа швидкості даної реакції, що в основному є функцією природи реагуючих речовин і не залежить від концентрації, визначається як:

Ку = Vу/[ Na2S2O3]

(2.6)