Опыт 3. Зависимость скорости реакции от площади поверхности реагирующих веществ

Лабораторная работа № 3

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОТЕКАНИЯ

ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Цель работы: Изучение влияния различных факторов на протекание химических реакций.

Теория: Основные понятия и величины в химической термодинамике. Внутренняя энер­гия, работа и энтальпия системы. Первый закон термодинамики. Направление и предел протекания процессов в изолированных системах. Эн­тропия, энергия Гиббса. Второй закон термодинамики. Скорость химической реакции в гомогенных и гетерогенных системах. Влияние различных факторов на скорость реакции в гетерогенных системах. Катализ и катализаторы. Механизм действия катализаторов. Кинетические представления о химическом равновесии. Обратимые и необра­тимые химические реакции. Константа химического равновесия. Принцип Ле Шателье. Факторы, влияющие на смещение химического равновесия.

Оборудование и реактивы:

Водяная баня, пробирки, лучинка, спички, стаканы (100 мл), секундомер, цилиндры (50 мл), термометры, химические стаканы.

Мел или мрамор (кусочки и порошок), MnO₂, KCl; растворы: H₂SO₄ (1 М), HCl (2 М), KOH (2 М), H₂O₂ (30%-ный), FeCl₃ (0,001 М и 0,1 М), KNCS (0,001 М и 0,1 М), K₂CrO₄ (0,1 М), Na₂S₂O₃ (0,1 М); дистиллированная вода.

Экспериментальная часть

Опыт 1. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ

В три большие пробирки налейте 0,1 М раствор Na₂S₂O₃ и H₂O, в другие три пробирки – 1 М раствора H₂SO₄ по приведенной ниже схеме (см. таблицу). Попарно слейте приготовленные растворы Na₂S₂O₃ и H₂SO₄, начните отсчет времени по секундомеру до начала помутнения.

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + S + SO₂ + H₂O

Таблица 1

№ пробирки	Объем, мл	Концентрация С(Na2S2O3) = 0,1 / (Х1 + Х2 + Х3) моль/л	Время до начала помутнения τ, с	Скорость реакции v = 1 / τ, с–1
Na2S2O3 (Х1)	H2O (Х2)	H2SO4 (Х3)

Постройте график зависимость скорости реакции от кон­центрации Na₂S₂O₃, откладывая на оси абсцисс концентрацию Na₂S₂O₃, а на оси ординат – величину, пропорциональную скорости.

Опыт 2. Зависимость скорости реакции от температуры

Налейте в три пробирки по 5 мл 0,1 М раствора Na₂S₂O₃, в другие три по 5 мл 1 М раствора H₂SO₄. Разделить их на три пары, по пробирке с Na₂S₂O₃ и H₂SO₄ в каждой паре. Отметьте темпе­ратуру воздуха в лаборатории. Слейте вместе растворы первой пары и запишите время протекания реакции (до по­явления мути).

Вторую пару пробирок поместите на водяную баню и нагрейте до температуры, превышаю­щей комнатную на 10 °С и запишите время протекания реакции. Повторить опыт с третьей парой пробирок, нагрев их предварительно на 20 °С выше комнатной температуры и запишите время протекания реакции. Запишите результаты в виде таблицы:

Таблица 2

№ пробирки	Температура t, °С	Время до начала помутнения τ, с	Скорость реакции v = 1 / τ, с–1

Постройте график зависимости между скоростью реакции и температурой.

Опыт 3. Зависимость скорости реакции от площади поверхности реагирующих веществ

Поместите в одну пробирку кусочки, а в другую порошок мрамора (или мела), предварительно взвесив их на технических весах по 0,5 г. Прилейте в обе пробирки по 5 мл разбав­ленной HCl. Запишите время полного протекания реакций. Объясните влияние по­верхности реагирующих веществ на скорость реакции в гетерогенной системе.

Опыт 4. Зависимость скорости реакции от катализатора

Налейте в химический стакан 10 мл 3%-ного раствора Н₂О₂ и поднесите к поверхности тлеющую лучинку. Затем внесите в этот стакан небольшое количество MnO₂ и поднеси­те вторично тлеющую лучину. Запишите наблюдения. Составьте уравнения реакций.