Лабораторна робота

В даній роботі досліджуються: швидкості гомогенних та гетерогенних реакцій; вплив на швидкість реакцій концентрації, температури та каталізаторів; хімічна рівновага та вплив на неї зовнішніх умов.

Дослід 1. Вплив концентрації реагуючих речовин на швидкість реакції в гомогенній системі

Вплив концентрації реагуючих речовин на швидкість реакції в гомогенній системі розглянемо на прикладі реакції між розчинами тіосульфату натрію і сірчаної кислоти. Ця реакція протікає за сумарним стехіометричним рівнянням, яке не відображає дійсного механізму процесу (проміжних стадій), а є загальним виразом для вихідних речовин і продуктів реакції:

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ = S + H₂O + SO₂ + Na₂SO₄

Насправді зазначена реакція відбувається за таким механізмом:

1) Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ = H₂S₂O₃ + Na₂SO₄

2) H₂S₂O₃ = S + H₂O + SO₂

Перша з цих реакцій відбувається практично миттєво, а друга повільно. Зрозуміло, що швидкість реакції, яка складається з кількох еле­ментарних стадій, зумовлюється швидкістю перебігу повільнішої з них, тобто в даному випадку другої. Згідно із законом діючих мас, і враховуючи, що концентрація H₂S₂O₃ дорівнює концентрації Na₂S₂O₃, кінетичне рівняння для даного процесу буде мати вигляд:

Отже, реакція між розчинами тіосульфату натрію і сірчаної кислоти є бімолекулярною (для її перебігу необхідна молекула Na₂S₂O₃ і молекула H₂SO₄), але протікає за механізмом реакції першого порядку (швидкість її залежить тільки від концентрації Na₂S₂O₃, причому в першому ступені). Графічно залежність швидкості цієї реакції від концентрації буде виражатися у вигляді прямої лінії.

Виконання роботи. Сірка, що виділяється внаслідок цієї реакції, спочатку утворює з водою колоїдний розчин, який за зовнішнім виглядом нагадує дуже розбавлений розчин мила (ледь помітне помутніння). Необхідно за допомогою секундоміра чи метронома виміряти час від моменту зливання розчинів Na₂S₂O₃ і H₂SO₄ до виникнення ледве помітного помутніння. Швидкість реакції буде визначатися як величина, обернена до часу, тобто v=1/τ.

На стінках восьми сухих та чистих пробірок проставте олівцем із воску номери: 1, 2, 3, 4, 1а, 2а, 3а, 4а. В останні чотири пробірки(1а-4а) налийте із бюретки (або за допомогою мірних пробірок) по 4 мл спеціально приготовленого розчину сірчаної кислоти. В перші чотири пробірки (1-4) налийте із бюреток (або за допомогою мірних пробірок) вказані в таблиці кількості мілілітрів розчину Na₂S₂O₃ і води. Якщо концентрацію Na₂S₂O₃ в першій пробірці прийняти рівною 1, то в 2-й, 3-й та 4-й вона буде рівна 2, 3 та 4 відповідно.

№ пробірок	Об’єм, мл	Відносна концентрація Na2S2O3	Час (за секундомі-ром), τ	Швидкість реакції´100, v=100/τ
розчину Na2S2O3	Н2О

Влийте розчин з пробірки 1 в пробірку 1а і зараз же ввімкніть секундомір, перемішайте розчини в пробірці (отвір пробірки закрийте великим пальцем і переверніть її декілька разів). Як тільки помітите слабке помутніння розчину в пробірці, вимкніть секундомір. Запишіть результат в таблицю.

Виконайте аналогічні досліди з розчинами пробірок 2-2а, 3-3а та 4-4а.

За одержаними результатами побудуйте на міліметровому папері графік залежності між швидкістю реакції (вісь ординат) і концентрацією (вісь абсцис). Зробіть висновки: якою лінією виражається знайдена залежність, чи повинна ця лінія проходити через початок координат, якого порядку ця реакція?

Дослід 2. Вплив температури на швидкість реакції в гомогенній системі

В чотирі пронумеровані пробірки налийте з бюретки (або за допомогою мірних пробірок) по 4 мл розчину сірчаної кислоти, а в інші чотири – по 4 мл розчину тіосульфату натрію. Всі пробірки поставте в склянку з водою. Через 5 хв виміряйте температуру води в склянці. Візьміть із склянки пробірки 1 і 1а, злийте розчини з них в одну(не забудьте перемішати) і визначте час за секундоміром чи метрономом від моменту зливання до появи ледве помітного помутніння. Запишіть результат в таблицю.

№ пробірок	Температура досліду, оС	Час (за секундоміром), τ	Швидкість реакції´100, v=100/τ
1, 1а
2, 2а
3, 3а
4, 4а

Нагрійте склянку з водою (на плитці чи доливши гарячої води) на 10^о вище від початкової температури і проведіть аналогічний дослід з розчинами в пробірках 2 і 2а. Досліди в пробірках 3 і 3а та 4 і 4а проведіть при температурі кожного разу на 10^о вище попередньої.

На міліметровому папері побудуйте графік впливу температури на швидкість реакції (по осі ординат швидкість, по осі абсцис температура).

Зробіть висновки: чи проходить графік цієї залежності через початок координат, який температурний коефіціент швидкості даної реакції?

Дослід 3. Вплив величини поверхні розділу реагуючих речовин на швидкість реакції в гетерогенній системі. Взаємодія крейди(мармуру) з соляною кислотою.

Виберіть два невеликих однакових за розмірами шматочки крейди (мармуру). Один з них розітріть в ступці до одержання порошку. Порошок пересипте на листок паперу. Налийте в дві пробірки по 3 мл розчину соляної кислоти і одночасно в одну помістіть шматочок крейди, а в другу – висипте порошок. В якій пробірці реакція пройшла швидше і чому? Складіть рівняння взаємодії крейди з соляною кислотою і рівняння швидкості даної реакції.

Дослід 4. Вплив каталізатора на швидкість реакції. Каталітичний розклад пероксиду водню.

В пробірку налийте 1 мл 3%-ного розчину пероксиду водню і внесіть в неї шпателем невелику кількість порошку оксиду кремнію(IV). Чи відбувається розклад пероксиду водню? В ту ж пробірку внесіть декілька крупинок MnO₂ і спостерігайте бурхливе виділення газу. Внесіть в пробірку тліючу лучинку. Що відбувається? Який газ виділяється при розкладі пероксиду водню? Складіть відповідне рівніння. До якого типу каталізу відноситься дана реакція?

Дослід 5. Вплив концентрації реагуючих речовин на зміщення рівноваги

В 4 пробірки налийте по 2 мл світло-червоного розчину тіоціанату (роданіду) заліза (цей розчин готує лаборант шляхом змішування розчинів тіоціанату(роданіду) калію та хлориду заліза(III)). Одну з пробірок залиште для порівняння результатів досліду. В інші пробірки добавте такі реактиви: в першу – розчин хлориду заліза(III), в другу – розчин тіоціанату(роданіду) калію, в третю – декілька кристаликів хлориду калію. Порівняйте інтенсивність забарвлення одержаних розчинів з інтенсивністю забарвлення розчину порівняння.

Запишіть свої спостереження. Складіть рівняння відповідної оборотної реакції і напишіть вираз константи рівноваги. Зробіть висновки:

- які речовини знаходяться в досліджуваному розчині в стані рівноваги?

- яка речовина надає розчину червоне забарвлення?

- як змінюється інтенсивність забарвлення і в якому напрямку зміщується рівновага даної рівноважної системи при добавлянні: а) хлориду заліза(III); б) тіоціанату калію; в) хлориду калію?

- як змінюються при цьому в кожному випадку концентрації компонентів рівноважної системи в порівнянні з їх концентраціями при встановленні початкової рівноваги?

Література

1. Глинка Н.Л. Общая химия. Л.: Химия, 1986-89.-704 с.

2. Васильева З.Г., Грановская А.А., Таперова А.А. Лабораторные работы по общей и неорганической химии. Л.: Химия, 1986.- 238 с.

3. Григор’єва В.В., Самійленко В.М., Сич А.М. Загальна хімія: Підручник для вузів.-Київ:Вища школа, 1979.-360 с.

4. Семишин В.И. Лабораторные работы по общей химии. Учебн. пособие для вузов. -М.:Высш. шк., 1971.- 272 с.

5. Фролов В.В. Химия: Учеб. пособие для машиностроит. спец. вузов. - М.: Высш. шк., 1986. – 543 с.