Кинетика химических реакций. Качественные опыты по химическому равновесию

 

Опыт 1. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ

Ход работы:

Изучается на примере реакции взаимодействия раствора тиосульфата натрия с раствором серной кислоты:

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ ® H₂S₂O₃ + Na₂SO₄ (1)

H₂S₂O₃ ® S¯ + H₂SO₃ (H₂O + SO₂­) (2)

Реакция (1) протекает практически мгновенно. Скорость реакции (2) зависит от концентрации вещества H₂S₂O₃ (при постоянной температуре). Скорость измеряется временем от начала сливания растворов до появления во всех пробирках помутнения одинаковой плотности (суспензия серы).

Налить с помощью бюреток в три пробирки по 3 мл раствора серной кислоты, а в три другие пробирки – раствора тиосульфата натрия и дистиллированной воды в пропорциях указанных в таблице № 1.

Растворы сливаются попарно. Сразу засекается время по секундомеру до момента появления помутнения раствора. Результаты заносятся в таблицу № 1 (см. приложение 1).

 

№	Объем раствора H 2 SO 4, мл	Объем раствора Na 2 S 2 O 3, мл	Объем воды dest, мл	Общий объем, мл	Время, сек
1	3	3	6	12
2	3	6	3	12
3	3	9	-	12

 

Сделать вывод о зависимости скорости реакции от концентрации реагентов.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Опыт 2. Зависимость скорости реакции от температуры

Ход работы:

Налить в две пробирки по 5 мл раствора серной кислоты, в 2 других – по 5 мл раствора тиосульфата натрия. Первый опыт провести при комнатной температуре. Прилить раствор серной кислоты в раствор тиосульфата натрия. Отметить время сливания по секундомеру. Определить время, через которое появляется едва заметное помутнение раствора.

Второй опыт провести аналогично первому, но предварительно нагреть растворы по отдельности на электроплитке или спиртовке, а затем слить. Определить время начала помутнения. Результаты наблюдения записать в таблицу.

№	Объем раствора H 2 SO 4, мл	Объем раствора Na 2 S 2 O 3, мл	Температура	Время, сек
1	5	5	комнатная температура
2	5	5	предварительное нагревание растворов пред сливанием

 

Сделать вывод о том, как зависит скорость реакции от температуры.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Опыт 3. Зависимость скорости реакции от катализатора.

Ход работы:

Изучается на примере реакции разложения пероксида водорода.

2 H₂O₂ ® 2 H₂O + O₂ ­

В обычных условиях реакция практически не идет. При добавлении катализаторов (например, диоксида марганца MnO₂) скорость реакции резко возрастает, о чем свидетельствует выделение большого количества кислорода.

В пробирку налить 2 – 3 мл раствора пероксида водорода. Опустить в пробирку тлеющую лучинку. Лучинка продолжает слабо тлеть или гаснет совсем, т.к. реакция разложения не идет.

Добавить в пробирку немного порошка диоксида марганца. Наблюдается выделение из раствора больших количеств газа. Опустить в пробирку тлеющую лучинку. Лучинка легко разгорается, что доказывает наличие в пробирке кислорода.

Сделать вывод о влиянии катализатора на скорость реакции.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Опыт 4. Влияние концентрации реагирующих веществ на химическое равновесие.

Ход работы:

Изучается на примере реакции взаимодействия хлорида железа (III) с роданидом калия:

FeCl₃ + 3 KSCN ® Fe(SCN)₃ + 3 KCl

Образующийся в результате реакции роданид железа (III) имеет кроваво-красную окраску. По изменению интенсивности окраски раствора судят о смещении равновесия в ту или иную сторону.

В пробирку налить 5 – 6 мл разбавленного раствора хлорида железа (III) и добавить примерно такое же количество разбавленного раствора роданида калия. Полученный раствор разлить в четыре пробирки.

Первую пробирку оставить как контрольную. Во вторую пробирку добавить 2 – 3 капли концентрированного раствора FeCl₃. В третью – 2 – 3 капли концентрированного раствора KSCN. В четвертую – сухую соль KCl.

Отметить изменение интенсивности окраски раствора во всех случаях по сравнению с контрольной пробиркой.

Результаты наблюдения записать в таблицу.

По изменению окраски сделать вывод о смещении равновесия в изучаемой реакции.

№		Цвет	В какую сторону сместилось равновесие (вправо или влево)
1	Контрольная пробирка
2	+ FeCl3 конц.
3	+ KSCN конц.
4	+ KCl (сухая соль)

 

В выводе отметить, согласуются ли полученные данные с принципом Ле-Шателье.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Выполнение работы проверил(а)

______________________________

Дата___________

Лабораторная работа 4

Качественные и количественные опыты

По адсорбции

Опыт 1. Адсорбция электролитов, красителей и золей углем

Ход работы:

В пробирки налейте примерно по 5 мл сильно разбавленных слабо окрашенных растворов CuSO₄, K₂Cr₂O₇, водный раствор фуксина, флюоресцеина, эозина, золей гидроксида железа(Ш) и берлинской лазури. Затем внесите немного (около 0, 2г) растертого в порошок активированного угля, встряхивайте смесь в течение 5 мин и оставьте в штативе. Через 15-20 минут отфильтруйте через бумажные фильтры. Как изменился цвет растворов?

Раствор	Исходный цвет раствора	Цвет после фильтрации
CuSO4
K2Cr2O7
фуксин
флюоресцеин
эозин
золь гидроксида железа(III)
золь берлинской лазури

 

В выводе охарактеризуйте адсорбционные свойства активированного угля.

Вывод: _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Опыт 2. Адсорбция ионов свинца углем

Ход работы:

В пробирку налейте примерно 5мл раствора нитрата свинца (II) Pb(NO₃)₂. Добавьте около 0, 2 г растертого в порошок активированного угля, встряхивайте смесь в течение 5 минут и отфильтруйте через бумажный фильтр. К фильтрату добавьте немного раствора дихромата калия K₂Cr₂O₇. В отдельную пробирку налейте примерно 5 мл раствора нитрата свинца (II) и сразу добавьте немного раствора дихромата калия. В каком случае наблюдается выпадение осадка?

Pb(NO₃)₂ + К₂С r ₂O₇           РbС r ₂O₇     + 2 КNO₃

В выводе объясните наблюдаемые явления, укажите цвет осадка.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________

Опыт 3. Влияние растворителя на адсорбцию

Ход работы:

В одну пробирку налейте примерно 5 мл слабо окрашенного водного раствора фуксина, в другую – 5 мл так же слабо окрашенного спиртового раствора фуксина, внесите в обе пробирки примерно по 0, 1 г порошка активированного угля. Смесь встряхивайте в течение 5 минут и оставьте в штативе. Через 15 - 20 минут отфильтруйте через бумажные фильтры. Как изменилась окраска раствора в пробирках? В каком случае обесцвечивание раствора произошло бы в большей степени?

В выводе объясните наблюдаемые явления в соответствии с правилом Ребиндера.

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Опыт 4. Адсорбция уксусной кислоты углем

Ход работы:

В четыре чистые сухие склянки вносят точно по 1 г измельченного активированного угля и отмеривают пипеткой по 25 мл растворов уксусной кислоты, указанной в таблице нормальности. Склянки закрывают пробкой встряхивают и оставляют на 15-25 минут, время от времени встряхивая, после чего смесь фильтруют через сухие фильтры в отдельные колбочки, отбрасывая первые порции фильтрата.

Начальную концентрацию растворов уксусной кислоты и равновесную концентрацию ее в фильтратах определяют титрованием 10 мл растворов кислоты 0, 1н раствором NaOH с индикатором фенолфталеином. Концентрацию выражают в миллилитрах 0, 1н NaOH на 100 мл раствора.

 

Форма записи

№ склянки	Нормальность кислоты	Количество миллиметров 0, 1н Na0Н на 100 мл раствора			x	lg x	lg C
		С0	С	С0 - С
1. 2. 3. 4.	0, 025 0, 05 0, 1 0, 2

 

По формуле 1 определяют количество адсорбированной уксусной кислоты x.

       (1)

где: x – количество миллимолей вещества, адсорбированного одним граммом адсорбента из 100 мл раствора;

m – количество граммов адсорбента;

С₀ и С – начальная и равновесная миллимолярная концентрации;

V – количество миллилитров раствора, взятое для адсорбции;

n – постоянная с числовым значением от 0, 2 до 0, 6 в зависимости от температуры, природы адсорбента и адсорбируемого вещества;

a - постоянная, зависящая от тех же факторов, и равная х при равновесной концентрации, равной единице.

Все полученные цифры записывают в таблицу.

На миллиметровой бумаге строят " кривую адсорбции", отложив на оси абсцисс значения равновесной концентрации С, а по оси ординат – значения разности (рис. 1). Логарифмируя уравнение 1 получим:

 

 

Это – уравнение прямой линии АС (рис.2) пересекающей ось ординат на расстоянии, равном отрезку ОА от начала координат и наклоненной к оси абсцисс под углом, тангенс которого равен n.

Для определения числовых значений постоянных а и n находят логарифмы чисел C и х и строят графики, отложив по оси абсцисс lg C, а по оси ординат lg x. Наносят точки и проводят линию так, чтобы расстояния от всех этих точек до прямой были наименьшими. Отрезок АО равен lg a. По логарифму находят число а. Значение n равно или отношению длин отрезков СВ и АВ, т.е (см. приложение 2).

C0-C

                           

Рис. 1 Изотерма адсорбции              Рис. 2 Логарифмическая

                                                                     прямая адсорбции

Принятое в данной работе выражение начальной и равновесной концентрации (а, следовательно, и количество адсорбированной уксусной кислоты) в миллилитрах 0, 1н NaOH на 100 мл раствора соответствует миллимолярным концентрациям. Количество граммов адсорбента (угля) также пересчитывается на 100 мл раствора.

В отличие от постоянной а, значение постоянной n не зависит от избранных единиц концентрации. Определив n графическим методом, как указано выше, и взяв среднеарифметические значения lg x и lg C из всех четырех опытов lg а можно вычислить по уравнению:

По логарифму находят число а. Более точные значения постоянных а и n получаются в опытах адсорбции с 6-8 различными начальными концентрациями растворов при постоянной температуре, одинаковой продолжительности адсорбции и одинаковом измельчении адсорбента.

 

Выполнение работы проверил(а)

______________________________

Дата___________

Лабораторная работа 5

⇐ Предыдущая123Следующая ⇒

Поделиться: