Лабораторна робота № 1

Хімічна кінетика та хімічна рівновага.

Мета роботи – вивчення закономірностей протікання хімічних процесів у часу. У процесі виконання роботи студенти повинні набути знання про залежність швидкості хімічної гомогенної реакції від концентрації реагуючих речовин, від температури, про вплив концентрації реагуючих речовин на зміщення хімічної рівноваги в розчині, про гетерогенний каталіз, навичкам виконання експериментальних досліджень.

Дослід № 1. Залежність швидкості хімічної гомогенної реакції від концентрації реагуючих речовин.

Виконання проводиться за допомогою реакції взаємодії тіосульфату натрію із сірчаною кислотою:

Na₂ S₂O₃ + H₂SO₄ =S↓ + Na₂SO₄ +SO₂ + H₂O

В даному досліді (і далі) вимірюється не швидкість реакції, а величина, що зворотньопропорціональна їй, тобто проміжок часу між початком реакції та її кінцевим результатом, що спостерігається (помутнення розчину за рахунок виділення сірки). Якщо цей проміжок часу позначити t, то швидкість реакції n=1/t.

Приготуйте 4 однакових пробірки i три бюретки для точного вимірювання розчинів тіосульфату натрію (Na₂S₂O₃ ), сірчаної кислоти i дистильованої води. До пробірки № 1 додайте 2 мл розчину Na₂S₂O₃i 4 мл дистильованої води. В пробірки № 2,3 та 4 налийте відповідно по 3,4,6 мл розчину Na₂S₂O₃ та 3,2,0 мл води. Вci пробірки поставте в штатив. В суху пробірку відміряйте 6 мл сірчаної кислоти, i, включивши секундомір, швидко перелийте ii до пробірки № I.Уважно спостерігайте за розчином в пробірці, відмітьте час /число секунд - t₁/ від моменту зливання розчинів Na₂S₂O₃ i H₂SO₄ до появи помутніння в пpoбiрці № I. Подібні вимірювання зробіть для пpo6ipок № 2,3,4, додаючи до кожної з них по 6 мл H₂SO₄, відмічаючи при цьому за допомогою секундоміра проміжок часу (t₂, t₃, t₄) від моменту зливання розчинів до появи муті в відповідних пробірках /№ 2,3,4/. Дані досліду занесіть в таблицю.

Таблиця 1.1.

Продовження таблиці 1.1.

Враховуюи результати, що одержані, намалюйте графік залежності швидкості (n) реакції від концентрації тіосульфату (С). На вісі абсцис відкладіть в певному масштабі відносну концентрацію (С; I, 5C; 2C; 3C). На вісі ординат – відповідну швидкість (n₁, n₂, n₃, n₄). Зробіть висновок про залежність реакції від концентрації реагуючих речовин. Чи співпадає Ваш висновок із законом діяння мас?

Дослід № 2. Вплив температури на швидкість гомогенної хімічної peaкції.

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

Приготуйте 8 пробірок, 4 з них пронумеруй­те, зробивши відповідні надписи /1,2,3,4/. В пробірки, щопронумеровані, додайте з бюретки по 4 мл розчину Na₂ S₂O₃, а в останні 4 пробірки додайте по 4 мл розчину сірчаної кислоти. Одну пробірку з розчином Na₂S₂O₃ іодну пробірку з H₂SO₄ помістіть в хімічний стакан, заповнений водою з температурою 10-15ºC, на 5-7 хвилин. Відмітьте температуру води в стакані (вона дорівнюе температурі розчинів в пробірках), включіть секундомір i одночасно швидко влийте H₂SO₄, в пробірку №1 з тіосульфатом натрію.

Уважно слідкуйте за змінами в пpo6ipцi. В момент появи мyтi виключіть секундомір i запишіть проміжок часу (t₁) в секундах відпочатку peaкції до появи муті або опалесценції. Наступну пару пробірок /другу/ - одну iз H₂SO₄ i одну iз розчином Na₂S₂O₃ - перенесіть в стакан з водою (~20-25ºC). За допомогою термометру слідкуйте за зміною температури води в стакані. Через декілька хвилин злийте розчини і визначте за допомогою секундомеру час t_2. Наступну пару пpo6ipoк /третю/ - одну iз H₂SO₄ i одну iз розчином Na₂ S₂O₃ -перенесіть в стакан з водою (~30-35ºC). За до­помогою термометру слідкуйте за зміною температури води в стакані. Через декілька хвилин злийте розчини i визначте за допомо­гою ceкундомірy час t₃.Четверте вимірювання зробіть при тeмпepaтypi ~40-45ºC. Підчас вимірювання температура води в стакані повинна залишатися пocтiйнoю (можливе відхилення 0,5°С). Дані досліду занесіть в таблицю.

Таблиця 1.2.

Bci результати дослідів зобразіть графічно, на вici абсцис відкладіть температуру, а на вici ординат - швидкість реакцiї в умовних відносних одиницях.

Дослід № 3. Гетерогенний каталіз.

Покладіть в пробірку 2 мл розчину пероксиду водню з масовою часткою Н₂О₂ 3%. Спостерігайте, чи йде розкладання пероксиду водню в звичайних умовах? Додайте в пробірку мікрошпатель МпО₂. Опишіть зовнішній ефект реакції, що спостерігається. Піднесіть до отвору пробірки тліючу лучину. Складіть рівняння peaкціїi розкладання пероксиду водню. Яку роль виконуе в даній peaкціїi МпО₂? Чому дана каталітична реакція відноситься до типу гетеро-генних реакцій?

Дослід № 4. Вплив концентрації реагуючих речовин на зміщення хімічної рівноваги в розчині.

Дослідження проводить за допомогою оборотної реакції:

3KCNS + FeCl ₃ Fe(CNS) ₃ + 3KCl

В даній оборотній реакції легко можна прослідкувати зміщення рівноваги за допомогою зміни в розчині інтенсивності криваво-червоного забарвлення роданіду заліза /III/.

В 4 пробірки помістіть по 2-3мл 0,002 М розчину FeCl₃ i такий же об'єм 0,006 М розчину KCNS. Розчини перемішайте скляною паличкою i поставте до штативу. Одну пробірку з одержаним розчином збережіть як еталон для зрівняння. В останні пробірки додайте такі реактиви:

до першої - 1-2 мл насиченого розчину KCNS,

до другої - 1-2 мл насиченого розчину FeCl₃,

до третьої - мікрошпатель KCI. Зрівняйте інтенсивність забарвленння розчинів із інтенсивністю забарвлення еталону.

На підставі проведення досліджень зробіть висновок про напрямок зміщення рівноваги даної реакції при додаванні: а) хлориду залізу (III), (б) роданіду калію, (в) хлориду калію.

Чи відповідають ваші висновки принципу Ле- Шательє?

Завдання на самостійну роботу. Розібрати теоретичний матеріал за темою, підготуватися до відповідей на контрольні питання.

Контрольні питання:

1. Що вивчає хімічна кінетика?

2. Що таке швидкість хімічної реакції?

3. Як формулюється закон діючих мас?

4. Що таке порядок, молекулярність реакції?

5. Як залежить швидкість хімічної гомогенної реакції від концентрації реагуючих речовин?

6. Як впливає температура на швидкість гомогенної хімічної реакції?

7. Що такєекаталіз? Які види каталізу ви знаєте? Наведіть приклади.

8. Що таке хімічна рівновага?

9. Як формулюється принцип Ле - Шательє?