Методика проведения опытов. 6.2.1 Опыт 1 Влияние концентрации веществ на химическое равновесие.

6.2.1 Опыт 1 Влияние концентрации веществ на химическое равновесие.

В данном опыте изучают обратимую реакцию взаимодействия хлорида железа (III) с роданидом аммония. Роданид железа Fe(NCS)₃ придает раствору красную окраску. По изменению интенсивности окраски можно судить об изменении концентрации Fe(NCS)₃ т.е. о смещении равновесия в ту или иную сторону.

В четыре пробирки внесите по 5-10 капель разбавленных растворов хлорида железа (III) FeCI₃ и роданида аммония NH₄CNS. Легким встряхиванием пробирок размешайте растворы. Поставьте все пробирки в штатив.

В одну из пробирок добавьте несколько капель концентрированного раствора хлорида железа (III), в другую - несколько кристаллов роданида аммония, в третью - хлорида аммония, четвертую пробирку оставьте для сравнения.

Растворы размешайте энергичным встряхиванием или стеклянной палочкой.

При оформлении отчета отметьте изменение интенсивности окраски в каждом случае; запишите уравнение реакции между FeCI₃ и NH₄CNS и выражение константы равновесия данной реакции.

В каком направлении смещается равновесие и как изменяется концентрация каждого компонента в случае добавления: а) хлорида железа (III); б) роданида аммония; в) хлорида аммония?

6.2.2 Опыт 2 Влияние температуры на химическое равновесие.

В данном опыте изучают реакцию димеризации диоксида азота:

2NO₂ = N₂O₄

NO₂ - очень опасное вещество. (Опыт проводить в вытяжном шкафу!). По изменению окраски газовой смеси можно судить о концентрации ее компонентов, т.е. о смещении равновесия в сторону прямой или обратной реакции.

U-образную трубку, с двумя хорошо подобранными резиновыми пробками наполните диоксидом азота, который получите разложением нитрата свинца. Реакция протекает по уравнению

2Pb(N0₃)₂ = 2РЬО + 4NO₂ + О₂

Оба конца U-образной трубки плотно закройте резиновыми пробками и, перевернув ее концами вниз, поместите одно колено трубки в стакан с горячей водой, другой в стакан с ледяной водой (холодную и горячую воду приготовьте заранее).

Наблюдайте изменение окраски в том и другом колене U-образной трубки. Выньте трубку из стаканов, и то колено, которое было в холодной воде, опустите в горячую воду, а колено из горячей воды - в холодную. Наблюдайте вновь изменение окраски в каждом колене.

В каком направлении происходит смещение равновесия данной реакции при нагревании и охлаждении? Объясните смещение химического равновесия. Результаты наблюдений и выводов запишите в табл. 6.1

Таблица 6.1- Характеристики химического равновесия

Номер пробирки	Добавленное вещество	Степень изменения окраски раствора	Направление смещения равновесия

Примеры решения задач

Пример 1Вычисление константы равновесия реакции по равновесным концентрациям реагирующих веществ и определение их исходных концентраций.

При синтезе аммиака N₂ +3H₂ = 2NH₃ равновесие установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ (моль/л): . Рассчитайте константу равновесии этой реакции и исходные концентрации азота н водорода.

Решение

Определяем константу равновесия К_с этой реакции:

Исходные концентрации азота и водорода находим на основе уравнения реакции. На образование 2 моль NH₃, расходуется 1 моль азота, а на образование 3,6 моль аммиака потребовалось 3,6/2 = 1,8 моль азота. Учитывая равновесную концентрацию азота, находим его первоначальную концентрацию:

С_исх(Н₂) = 2,5 + 1,8 = 4,3 моль/л

На образование 2 моль NH₃ необходимо израсходовать 3 моль водорода, а для получения 3,6 моль аммиака требуется 3∙3,6/2 = 5,4 моль; учитывая равновесную концентрацию водорода, находим его исходную концентрацию:

С_исх(Н₂) = 1,8 + 5,4 = 7,2 моль/л.

Таким образом, реакция начиналась при концентрациях (моль/л): С(N₂) = 4,3; С(H₂) = 7,2.

Пример 2 Вычисление равновесных концентраций реагирующих веществ.

Реакция протекает по уравнению А+В = 2C. Определите равновесные концентрации реагирующих веществ, если исходные концентрации веществ А и В соответственно равны 0,5 и 0,7 моль/л, а константа равновесия реакции К_с =50.

Решение

К моменту равновесия концентрации веществ А и В понизятся, а концентрация вещества С увеличится. На каждый моль веществ А и В образуется 2 моль вещества С; поэтому, если понижение концентрации веществ А и В обозначить через x моль, то увеличение концентрации вещества С будет равно 2x моль.

Равновесные концентрации реагирующих веществ будут: [A] = (0,5-х) моль/л; [B] = (0,7-х) моль/л; [С] = 2х моль/л.

К_с =

Решая это уравнение, получаем: x₁ = 0,86; x₂ = 0,44. По условию задачи справедливо значение х₂. Отсюда равновесные концентрации реагирующих веществ равны: [A] = (0,5-0,44) = 0,06 моль/л; [B] = (0,7-0,44) = 0,26 моль/л; [С] = 0,44∙2 = 0,88 моль/л.