Лабораторна робота № 11

ОСНОВНІ ЗАКОНОМІРНОСТІ ПРОТІКАННЯ ХІМІЧНИХ РЕАКЦІЙ

Мета роботи: вивчити закономірності протікання хімічних процесів за часом, встановити залежність швидкості хімічних реакцій від різних факторів.

Дослід 1. Залежність швидкості хімічної гомогенної реакції від концентрації реагуючих речовин

Дослідження проводять за допомогою реакції взаємодії натрій тіосульфату із сульфатною кислотою:

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ ® S¯ + Na₂SO₄ + SO₂ ↑ + H₂O

В даному досліді (і далі) вимірюється не швидкість реакції, а величина, що зворотно пропорційна їй, тобто проміжок часу між початком реакції та її кінцевим результатом, що спостерігається (помутніння розчину за рахунок виділення сірки). Якщо зазначений проміжок часу позначити через (t), то швидкість реакції υ =1/t.

Приготуйте і пронумеруйте 4 однакові пробірки і три бюретки для точного відмірювання об’єму розчинів натрій тіосульфату (Na₂S₂O₃), сульфатної кислоти і дистильованої води.

У пробірку 1 додайте за допомогою відповідних бюреток 2 см³ Na₂S₂O₃ і 4 см³ дистильованої води. У пробірки 2, 3, 4 налийте відповідно по 3, 4, 6 см³ Na₂S₂O₃ і 3, 2, 0 см³ води. Усі пробірки помістить у штатив. У суху пробірку налийте за допомогою бюретки 6 см³ сульфатної кислоти. Включіть секундомір та швидко перелийте кислоту до пробірки 1.

Уважно спостерігайте за розчином у пробірці, визначте час (t₁, у секундах) від моменту зливання розчинів Na₂S₂O₃ і H₂SO₄ до появи помутніння.

Подібне вимірювання проведіть для пробірок 2, 3, 4, додаючи в кожну з них по 6 см³ H₂SO₄ і визначаючи за допомогою секундоміра проміжок часу (t₂, t₃, t₄) від моменту зливання розчинів до появи помутніння у відповідних пробірках.

Дані досліду занесіть в таблицю 1.

Таблиця 1

За отриманими результатами побудуйте графік залежності відносної швидкості досліджуваної реакції від концентрації натрій тіосульфату (С). На вісі абсцис відкладіть у визначеному масштабі відносну концентрацію натрій тіосульфату (С; 1, 5С; 2С; 3С), на вісі ординат - відповідну швидкість в відносних умовних одиницях.

Зробіть висновок про залежність швидкості реакції від концентрації реагуючих речовин. Чи відповідає Ваш висновок закону дії мас?

Дослід 2. Вплив температури на швидкість гомогенної хімічної реакції

Дослідження проводять за допомогою реакції, що описана у попередньому досліді.

Приготуйте 8 пробірок, 4 із них пронумеруйте, зробивши відповідні позначки (1, 2, 3, 4) у верхній частині пробірки спеціальним олівцем по склу.

У пронумеровані пробірки відберіть за допомогою бюреток по 4 см³ Na₂S₂O₃, а в інші 4 пробірки по 4 см³ розчину H₂SO₄.

Одну пробірку з розчином Na₂S₂O₃ і одну пробірку з розчином H₂SO₄ помістіть в хімічний стакан, заповнений водою з температурою 10-15⁰С на 5-7 хвилин. Визначте температуру води в стакані (вона дорівнює температурі розчинів у пробірках), включіть секундомір і швидко вилийте сульфатну кислоту в пробірку 1 з розчином Na₂S₂O₃. Уважно стежте за змінами в пробірці. У момент появи помутніння вимкніть секундомір і запишіть інтервал часу (t₁) у секундах від початку реакції до появи помутніння або опалесценції.

Наступну пару пробірок (другу)- одну з H₂SO₄ і одну з розчином Na₂S₂O₃- перенесіть у склянку з водою, температура якої 20-25⁰С. За допомогою термометру стежте, щоб температура води в стакані залишалась постійною. Через кілька хвилин злийте розчини і визначте за допомогою секундоміру час t₂.

Наступну пару пробірок (третю)- одну з H₂SO₄ і одну з розчином Na₂S₂O₃- перенесіть у склянку з водою, температура якої 30-35⁰С. За допомогою термометру стежте, щоб температура води в стакані залишалась постійною. Через кілька хвилин злийте розчини і визначте за допомогою секундоміру час t₃.

Четвертий вимір зробіть при температурі 40-45⁰С.

Під час проведення досліду температура води в склянці повинна залишатися постійною (припустиме відхилення 0, 5⁰С).

Дані досліду занесіть в таблицю 2.

Використовуючи отримані результати, накресліть графік залежності швидкості (υ) в відносних умовних одиницях досліджуваної реакції від температури. На вісі абсцис відкладіть температуру досліду (t₁, t₂, t₃, t₄), на вісі ординат - відповідну швидкість в відносних умовних одиницях.

Зробіть висновок про залежності швидкості реакції від температури.

Таблиця 2

Дослід 3. Вплив каталізатору на швидкість гомогенної хімічної реакції

Дослідження проводять за допомогою реакції взаємодії ферум(III) роданіду з натрій тіосульфатом:

2Fe(CNS)₃ + 2Na₂S₂O₃ ® Na₂S₄O₆ + 2NaCNS + 2Fe(CNS)₂

Про швидкість реакції можна судити за швидкістю знебарвлення розчину ферум(III) роданіду, що відбувається внаслідок відновлення Fe³⁺ до Fe²⁺ натрій тіосульфатом.

У двох пробірках проведіть реакції шляхом зливання 2-3 см³ розчину калій (або амоній) роданіду і 3-4 крапель розчину ферум(III) хлориду для одержання розчинів ферум(III) роданіду.

Долийте в кожну пробірку по 3 см³ розчину натрій тіосульфату, в одну з пробірок додайте 2 краплі розчину солі Cu²⁺, після чого простежте за швидкістю знебарвлення розчину в обох пробірках.

Чому в присутності іонів Cu²⁺ швидкість реакції взаємодії ферум(III) роданіду з натрій тіосульфатом значно зростає?

Дослід 4. Гетерогенний каталіз

Помістіть в пробірку 2 см³ розчину гідроген пероксиду з масовою часткою 3%. Чи спостерігається помітне розкладання гідроген пероксиду за звичайних умов? Додайте в цю пробірку мікрошпатель MnО₂ або PbО₂. Опишіть зовнішній ефект реакції, що спостерігається. Піднесіть до отвору пробірки тліючу лучинку. Який газ виділяється? Наведіть рівняння реакції розкладання гідроген пероксиду. Яку роль виконує в цій реакції MnО₂ (PbО₂)? Чому ця каталітична реакція відноситься до типу гетерогенних?

Дослід 5. Вплив концентрації реагуючих речовин на зміщення хімічної рівноваги в розчині

Дослідження проводять за допомогою оборотної реакції:

FeCl₃ + 3NH₄CNS «Fe(CNS)₃ + 3NH₄Cl,

для якої легко простежити зсування хімічної рівноваги за зміною інтенсивності криваво-червоного забарвлення розчину ферум(III) роданіду.

У чотири пробірки помістіть по 2-3 см³ 0, 002М розчину FeCl₃ і такий же об’єм 0, 006М розчину NH₄CNS. Розчини перемішайте скляною паличкою і поставте в штатив.

Одну пробірку з отриманим розчином залиште, як еталон для порівняння. В інші пробірки додайте наступні реактиви:

у першу 1-2 см³ насиченого розчину NH₄CNS;

у другу - 1-2 см³ насиченого розчину FeCl₃;

у третю - мікрошпатель NH₄Cl.

Порівняйте інтенсивність забарвлення отриманих розчинів з інтенсивністю забарвлення еталону. Запишіть свої спостереження.

На підставі проведених досліджень зробіть висновок про напрямок зміщення рівноваги досліджуваної реакції при додаванні:

а) амоній роданіду,

б) ферум(III) хлориду,

в) амоній хлориду.

Напишіть математичний вираз константи хімічної рівноваги цієї реакції. Чи відповідає Ваш висновок принципу Ле Шательє?

Дослід 6. Вплив температури на хімічну рівновагу в розчині

Дослідження проводять за допомогою оборотніх реакцій:

NH₃ + H₂O = NH₄OH + Q

У водному розчині амоніаку має місце електролітична дисоціація:

NH₄OH = NH₄⁺ + OH^-

У конічну колбу обсягом 100 см³ помістіть 25-30 см³ дистильованої води, 1-2 см³ розчину амоніаку з масовою часткою 5% і декілька крапель індикатора фенолфталеїну. Розчин у колбі забарвлюється у рожево-малиновий колір, що свідчить про значну концентрацію в ньому іонів OH^-.

Нагрійте колбу з розчином. Розчин знебарвлюється. Остудіть колбу водою з-під крана - забарвлення розчину відновлюється.

На підставі проведених спостережень зробіть висновок про вплив температури на зміщення хімічної рівноваги в досліджуваній оборотній системі.

Чи відповідає Ваш висновок принципу Ле Шательє?

Завдання для самостійної роботи

Вивчити теоретичний матеріал за темою, оформити лабораторний журнал, підготуватися до відповіді на контрольні питання.

Контрольні питання:

1. Що вивчає хімічна кінетика?

2. Дайте визначення швидкості хімічної реакції?

3. Як залежить швидкість хімічної гомогенної реакції від концентрації реагуючих речовин? Сформулюйте закон діючих мас? Що таке константа швидкості реакції, який її фізичний сенс?

4. Як впливає температура на швидкість хімічної гомогенної реакції? Наведіть рівняння Вант- Гоффа.

5. Що таке каталіз? Які види каталізу Ви знаєте? Приведіть приклади.

6. Що така хімічна рівновага? Від чого залежить константа хімічної рівноваги, її фізичний сенс. Приведіть приклади гетерогенних і гомогенних рівноважних реакцій.

7. Сформулюйте принцип Ле Шательє.

8. Як зміниться швидкість реакції, якщо в системі 2HI ® Н₂+I₂ тиск збільшили в 3 рази.

9. У який бік зміститься рівновага в системі:

2 SO₂ + O₂ = 2SO₃ (D H< 0)

COCl₂ = CO + Cl₂ (D H> 0), якщо:

збільшити тиск;

зменшити температуру;

ввести каталізатор;

зменшити концентрацію продуктів реакції?

ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 4

ДИСПЕРСНІ СИСТЕМИ ТА ЇХ ВЛАСТИВОСТІ.

ФІЗИКО-ХІМІЧНІ МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ СИРОВИНИ

ТА МАТЕРІАЛІВ, ЩО БАЗУЮТЬСЯ НА ПОВЕРХНЕВИХ ЯВИЩАХ