Химическая кинетика и химическое равновесие
Теоретические вопросы
1. Скорость химической реакции для гомогенных и гетерогенных процессов.
2. Факторы, от которых зависит скорость химической реакции.
3. Зависимость скорости реакции от концентраций реагентов. Простые и сложные реакции. Молекулярность и порядок реакции.
4. Зависимость скорости реакции от температуры. Правило Вант Гоффа. Температурный коэффициент скорости химической реакции.
5. Энергия активации. Уравнение Аррениуса.
6. Катализаторы. Гомогенный и гетерогенный катализ. Селективность действия катализатора. Автокатализ.
7. Химическое равновесие. Условие химического равновесия.
8. Закон действующих масс. Константа химического равновесия.
9. Смещение химического равновесия. Правило Ле Шателье.
Экспериментальная часть
Опыт 1. Зависимость скорости реакции от концентрации
Тиосульфат натрия Na2S2O3 разлагается в растворе серной кислоты по уравнения реакции:
Na2S2O3 + H2SO4 ® Na2SO4 + H2O + SO2 + S¯
Реакция протекает по следующим стадиям:
S2O32- + 2H+ ® H2S2O3 (очень быстро)
H2S2O3 ® H2SO3 + S (медленно)
H2SO3 ® H2O + SO2 (быстро)
Скорость данной реакции определяется второй (медленной) стадией.
Выполнение работы
1. В три химических стакана налейте с помощью бюретки 0,1М раствор Na2S2O3 и с помощью цилиндра дистиллированную воду в объемах, указанных в таблице.
Таблица 1
| № | V(Na2S2O3) | V(H2O) | C(Na2S2O3) | Время t, с | Скорость 1/t |
| 10 мл | 20 мл | ||||
| 20 мл | 10 мл | ||||
| 30 мл | 0 мл |
2. Налейте в мерный цилиндр 20 мл 1М раствора H2SO4. Отмеренное количество кислоты вылейте в первый стакан с раствором тиосульфата натрия и одновременно включите секундомер. Перемешайте раствор стеклянной палочкой. Определите время реакции в секундах как время, прошедшее до появления первых видимых следов серы – помутнения раствора или полной потере прозрачности раствора. Повторите опыт с другими стаканами тиосульфата
3. Вычислите молярные концентрации тиосульфата натрия в каждом из трех стаканов после добавления серной кислоты. Вычислите относительные скорости реакций как v = 1/t. Результаты запишите в таблицу. Постройте график зависимости скорости разложения тиосульфата натрия от его концентрации. На оси абсцисс отложите молярные концентрации тиосульфата, а на оси ординат – относительные скорости реакции. Сделайте вывод о характере зависимости скорости реакции от концентрации тиосульфата натрия. Какой порядок данной реакции по тиосульфату натрия?
Опыт 2. Зависимость скорости реакции от температуры.
Зависимость скорости реакции от температуры можно также проследить на примере реакции Na2S2O3 с серной кислотой.
Выполнение работы
1. Налейте в одну пробирку 5 мл 0,1М раствора Na2S2O3, а в другую – 5 мл 1М раствора H2SO4.
2. Обе пробирки поставьте в стакан с водой и через 3 минуты измерьте температуру воды в стакане. Затем слейте растворы в одну пробирку и определите время появления серы – время реакции в секундах. Результаты (температуру и время) запишите в таблицу.
Таблица 2
| № | V(Na2S2O3) | V(H2SO4) | t, oC | Время, t, с | Скорость v = 1/t |
| 5 мл | 5 мл | ||||
| 5 мл | 5 мл |
3. Прилейте в стакан немного горячей воды так, чтобы температура воды в стакане увеличилась на 12-13оС. Налейте в пробирки по 5 мл растворов Na2S2O3 и H2SO4. Выдержите эти пробирки в стакане 3 минуты, пока разность температур воды в стакане составит 10оС с предыдущим опытом. После чего повторите эксперимент. Результаты запишите в таблицу.
4. Вычислите температурный коэффициент реакции g, g=v2/v1. Сделайте вывод о зависимости скорости реакции от температуры.
Опыт 3. Гетерогенный катализ
В две пробирки налейте по 1 мл раствора пероксида водорода H2O2. В одну внесите немного порошка оксида марганца(IV), а в другую - столько же оксида свинца (IV). Наблюдая увеличение интенсивности выделения газа, сделайте вывод о роли оксидов в реакциях разложения пероксида водорода: 2H2O2 ® 2H2O + O2. Докажите, что выделяющийся газ является кислородом.