Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ и температуры.

Лабораторная работа №3.

1.Цель работы: Установить зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ .

2.Общие сведения:

2.1 Закон действия масс: устанавливает соотношение между массами реагирующих веществ в химических реакциях при равновесии, а также зависимость скорости химической реакции от концентрации исходных веществ.

2.2 Правило Вант-Гоффа — эмпирическое правило, позволяющее в первом приближении оценить влияние температуры на скорость химической реакции в небольшом температурном интервале (обычно от 0 °C до 100 °C).

Я. Х. Вант-Гофф на основании множества экспериментов сформулировал следующее правило:

При повышении температуры на каждые 10 градусов константа скорости гомогенной элементарной реакции увеличивается в два—четыре раза.

Уравнение, которое описывает это правило, следующее:

где : V₂ — скорость реакции при температуре T₂

V₁ — скорость реакции при температуре T₁

— температурный коэффициент реакции (если он равен 2, например, то скорость реакции будет увеличиваться в 2 раза при повышении температуры на 10 градусов).

Следует помнить, что правило Вант-Гоффа применимо только для реакций с энергией активации 60-120 кДж/моль в температурном диапазоне 10-400 ^oC. Правилу Вант-Гоффа также не подчиняются реакции, в которых принимают участие громоздкие молекулы, например, белки в биологических системах. Температурную зависимость скорости реакции более корректно описывает уравнение Аррениуса.

Из уравнения Вант-Гоффа температурный коэффициент вычисляется по формуле:

2.3 Принцип Ле Шателье— если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-либо из условий равновесия (температура, давление, концентрация, внешнее электромагнитное поле), то в системе усиливаются процессы, направленные на компенсацию внешнего воздействия.

Если внешние условия изменяются, это приводит к изменению равновесных концентраций веществ.В этом случае говорят о нарушении или смещении химического равновесия.

Химическое равновесие смещается в ту или иную сторону при изменении любого из следующих параметров:

1) температуры системы, т. е. при её нагревании или охлаждении

2) давления в системе, т. е. при её сжатии или расширении

3) концентрации одного из участников обратимой реакции

3.Ход работы:

ОПЫТ 1.ЗАВИСИМОСТЬ СКОРОСТИ РЕАКЦИИ ОТ КОНЦЕНТРАЦИИ.

Сернаякислота 2% раствор (ρ=1015 Кг/м³), тиосульфат натрия 2% раствор (ρ=1005 Кг/м³), пробирки, мерные цилиндры, термометр, секундомер, стаканы.

ОПЫТ 1. ЗАВИСИМОСТЬ СКОРОСТИ РЕАКЦИИ ОТ КОНЦЕНТРАЦИИ.

Реакция тиосульфата натрия Na₂S₂O₃ с серной кислотой протекает по уравнению:

Na₂S₂O₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+S↓+H₂SO₃

Соответствующие объемы воды серной кислоты и тиосульфата натрия отмеряем мерным цилиндром. Растворы сливаются в одну пробирку и смешиваются быстрым движением, взбалтыванием. С этого момента до начала реакции измеряется время по секундомеру. Начало реакции указывает появление в растворе мути. Опытные данные вносят в таблицу 1.

Таблица 1.

№ опыта	V(мл) H2SO4	V(мл) Na2S2O3	V(мл) H2O	Vобщ(мл) смеси	Время t. сек	Скорость реакции

На основании полученных данных выразить графически зависимость скорости реакции от концентрации тиосульфата натрия.

Отложить на оси абсцисс объемы в мл тиосульфата, а на оси ординат – время в секундах.

ОПЫТ 2.ЗАВИСИМОСТЬ СКОРОСТИ РЕАКЦИИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ.

Зависимость скорости реакции от температуры должна быть показана на основании измерения времени от момента взаимодействия растворов серной кислоты и тиосульфата натрия при трех различных температурах. Во всех трех опытах концентрации и объемы растворов серной кислоты и тиосульфата натрия одинаковы.

В первом опыте в одну пробирку отмеряют 15 мл 2 % раствора тиосульфата натрия, а в другую – 5 мл 2% раствора серной кислоты. Обе пробирки опускают в стакан с горячей водой (tº~30ºС). В то же стакан опускают термометр. Спустя 5 мин. Измеряют температуру воды и, вынув из воды обе пробирки, сливают раствор серной кислоты в раствор тиосульфата натрия. Растворы смешивают быстрым взбалтыванием. С этого момента до начала реакции (появление мути) измеряется время по секундомеру.

Такие же опыты производятся с теми же объемами растворов серной кислоты и тиосульфата натрия при 40-50ºС и при охлаждении водопроводной водой.

Полученные данные вносятся в отчет по форме таблицы 2.

Таблица 2.

№ п/п	tº C	Время, сек.

На основании полученных результатов выразить графически зависимость реакции от температуры, отложив на оси абсцисс температуры, а на оси ординат – время в секундах.

4. Контрольные вопросы:

1. Что называется скоростью химической реакции?

Скорость химической реакции —изменение количества одного из реагирующих веществ за единицу времени в единице реакционного пространства. Является ключевым понятием химической кинетики.

2. Какова зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ?

Чем выше концентрация, тем больше скорость реакции, эта зависимость выражается законом действующих масс.

3. Как называется величина К? Каков её физический смысл?

Константа — некоторая величина, не изменяющая своё значение в рамках рассматриваемого процесса.

Физический смысл константы скорости реакции k следует из уравнения закона действующих масс: k численно равна скорости реакции при концентрации каждого из реагирующих веществ равной 1 моль/л.

4. Зависит ли коэффициент К от изменения температуры?

При повышении температуры на каждые 10 градусов константа скорости гомогенной элементарной реакции увеличивается в два—четыре раза.

5. Как влияет температура на скорость химической реакции?

.Скорость реакций увеличивается с ростом температуры, важнейшим фактором, влияющим на скорость реакции, является температура реакционной смеси.

6. Как влияет давление на скорость химической реакции между газообразными веществами?

Давление влияет только на скорость реакций, в которых участвуют газы ,так как . в силу вступает закон действующих масс ,и возрастает скорость.

.ВЫВОД:Установлена зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ.