2017-11-01
1666
Цель работы
Определить влияние различных факторов на скорость химической реакции, ознакомиться с методами определения средней константы скорости, порядка реакции, энергии активации.
4.2. Объекты и средства исследования: 0.1М растворы тиосульфата натрия и серной кислоты, дистиллированная вода, пробирки, две бюретки, пипетка на 2мл, термостат, секундомер.
Программа работы
4.3.1. Исследование кинетики взаимодействия тиосульфата натрия с серной кислотой
4.3.1.1. Влияние концентрации на скорость реакции.
В результате реакции между серной кислотой и тиосульфатом натрия образуется сера, выделяющаяся в виде мути.
Реакция идет в три стадии:
1) Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + Н2S2O3
2) Н2S2O3 = H2SO3 + S¯
3) H2SO3 = H2O + SO2
Суммарное уравнение:
Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + SO2 + S¯ + H2O
Самая медленная, скорость определяющая стадия – вторая.
Время от начала реакции до момента помутнения (голубоватой опалесценции) зависит от скорости реакции. Это дает возможность судить о средней скорости реакции.
Ход работы.
Приготовить четыре раствора тиосульфата натрия разной концентрации согласно таблице 3. Поочередно к каждому раствору прибавить по 2мл 0,1М раствора серной кислоты и измерить время от момента приливания кислоты до момента появления помутнения. Результаты занести в таблицу 3, учитывая что ΔС есть величина постоянная, равная 4 × 10-3 моль/л.
Таблица 3
| № опыта | Объем, мл | Концентрация Na2S2O3, моль/л | lgC | Температура | ||||||
| Т1, К | Т2, К | |||||||||
| Na2S2O3 0,1 М р-р | H2O | H2SO4 0,1M р-р | Время, τ, с | Средняя скорость реакции, V=ΔC/τ, моль/л·с | lgV | Время, τ, с | Средняя скорость реакции, V=ΔC/τ, моль/л·с | |||
| - |
На основании полученных данных построить графики lgV = f (lgC) для определения порядка реакции при температуре T1(К) и V = f(C) для определения константы скорости реакции k при двух температурах.
4.3.1.2. Влияние температуры на скорость реакции.
Опыт проводить аналогично предыдущему. Однако растворы тиосульфата натрия и серной кислоты перед смешением предварительно нагреть в термостате в течение 5 минут.
Результаты записать в таблицу 3 (T2).
По результатам расчетов и измерений построить график V = f(C) и определить константу скорости реакции k2 при повышенной температуре (Т2) и температурный коэффициент скорости реакции (g) по формуле:
На основании данных опытов 3.1.1. и 3.1.2. рассчитывают энергию активации реакции Еакт. по формуле:
где R = 8,31 Дж/(моль·К) –универсальная газовая постоянная;
Т1 и Т2 -температура, К;
k1 и k2 - константы скорости реакции при температурах Т1 и Т2, соответственно, с-1.
4.3.2. Влияние изменения концентрации реагирующих веществ на химическое равновесие
При взаимодействии хлорного железа с тиоцианатом калия появляющаяся красная окраска раствора обусловлена образованием тиоцианата железа(III):
FeCl3+ 3 KSCN = Fe(SCN)3+ 3 KCl
Изменяя концентрации участвующих в реакции веществ, можно по изменению окраски судить о направлении смещения химического равновесия.
Программа работы
4.3.2.1. К 20 мл дистиллированной воды добавить две каплираствора хлорида железа(III) и две капли раствора тиоцианата калия.
4.3.2.2. Окрашенный раствор разлить поровну в три пробирки. Первую пробирку оставить для сравнения, во вторую добавить несколько капель раствора KSCN, в третью - кристаллический КСl. Перемешать растворы в пробирках. Сравнить окраску растворов в этих двух пробирках с окраской раствора в первой пробирке.
4.3.2.3. Объяснить усиление и ослабление окраски. Пользуясь выражением константы химического равновесия для этой реакции, сделать вывод о смещении химического равновесия при изменении концентраций реагирующих веществ.
4.4. Контрольные вопросы.
4.4.1. Укажите, какими изменениями концентраций, давления и температуры можно сместить равновесие в сторону продуктов реакции в следующих процессах:
| Fe2O3(к) + 3CO(г) | « | 2 Fe(к) + 3 CO2(г) | DH | |
| С(к) + 2Н2О(г) | « | СО2(г) + 2 Н2(г) | DН>0 | |
| 2 NO(г) + O2(г) | « | 2 NO2(г) | DН | |
| CН4(г) + Н2О (г) | « | СО(г) + 3 Н2(г) | DH | |
| N2(г) + 3 H2(г) | « | 2 NH3(г) | DH | |
| CO2(г) + C(к) | « | 2 CO(г) | DH>0 | |
| Fe2O3(к) + 3 H2(г) | « | 2Fe(к) + 3 H2O(г) | DH>0 | |
| 2 ZnS(к) + 3 O2(г) | « | 2 ZnO(к) + 2 SO2(г) | DH | |
| 2 SO2(г) + O2(г) | « | 2 SO3(г) | DH | |
| CO2(г) + NH3(г) | « | (NH2)2CO(к) + H2O(г) | DH | |
| 2 CO(г) + O2(г) | « | 2 CO2(г) | DH | |
| 2 H2S(г) + O2(г) | « | 2 S(к) + 2 H2O(г) | DH | |
| CH4(г) + 2 H2O(г) | « | CO2(г) + 4 H2(г) | DH>0 | |
| 2 PH3(г) + 4 O2(г) | « | P2O5(к) + 3 H2O(ж) | DH | |
| 2 Fe(к) + 3 H2O(г) | « | Fe2O3(к) + 3 H2(г) | DH | |
| WO3(к) + 3 H2(г) | « | W(к) + 3 H2O(г) | DH>0 | |
| Cu2O(к) + CO(г) | « | 2 Cu(к) + CO2(г) | DH | |
| SO2(г) + 2 H2(г) | « | S(к) + 2 H2O(г) | DH | |
| H2(г) + I2(г) | « | 2 HI(г) | DH>0 | |
| FeO(к) + CO(г) | « | Fe(к) + CO2(г) | DH | |
| 2 Cl2(г) + 2 H2O(г) | « | 4 HCl(г) + O2(г) | DH>0 | |
| MgO(к) + C(к) | « | Mg(к) + CO(г) | DH>0 | |
| SnCl4(г) + 2 H2S(г) | « | SnS2(к) + 4 HCl(г) | DH>0 | |
| TiO2(к) + 2 C(к) | « | Ti(к) + 2 CO(г) | DH>0 | |
| PbO(к) + CO(г) | « | Pb(к) + CO2(г) | DH | |
| I2(к) + H2S(г) | « | 2 HI(г) + S(к) | DH>0 | |
| 2 NO2(г) | « | N2O4(г) | DH | |
| SnCl4(г) + 2 H2(г) | « | Sn(к) + 4 HCl(г) | DH>0 | |
| Fe3O4(к) +2 C(к) | « | 3Fe(к) + 2 CO2(г) | DH>0 | |
| MgO(к) + 2 HCl(г) | « | MgCl2(к) + H2O(г) | DH |
4.4.2. Примерные тестовые вопросы
1. Выберите факторы, не влияющие на скорость реакции:
| a. тепловой эффект реакции | b. масса реакционной смеси |
| c. температура | d. катализатор |
2. Как изменится скорость элементарной реакции 2NO(г) + Cl2(г) ® 2NOCl(г) при уменьшении общего давления в системе в 2 раза?
3. При изучении кинетики реакции A + 2B = D было установлено, что скорость реакции не зависит от концентрации вещества А, а при увеличении концентрации вещества В в 2 раза увеличивается в 4 раза. Каков вид кинетического уравнения этой реакции?
| a. V = k CB2 | b. V = k CA CB2 | c. V = k CA CB | d. V = k CA |
4. В результате каких внешних воздействий равновесие реакции ZnO(к) + CO(г)=Zn(к)+ CO2(г) (DH>0) сместится в сторону исходных веществ:
| a. увеличение парциального давления СО2 | b. уменьшение объема |
| с. увеличение общего давления | d. уменьшение температуры |
5. При изучении кинетики некоторой реакции были получены данные, изображенные на графике. Каков порядок данной реакции?
6. Какое внешнее воздействие приведет к уменьшению константы равновесия реакции:
Fe2O3(т) + C(т) = 2FeO(т) + CO(г); (DH>0)?
| a. увеличение температуры | b. введение катализатора |
| c. увеличение давления | d. уменьшение температуры |
7. При некоторой температуре константа равновесия реакции
Fe3O4(т) + CO(г) = 3FeO(т) + CO2(г)
равна 3. При каком соотношении парциальных давлений СО2 и СО в системе будет идти обратная реакция?
| a. p(CO2) = p(CO) | b. p(CO2)=3p(CO) | c. p(CO2)=2p(CO) | d. p(CO2)=4p(CO) |
8. Рассчитайте DН для процесса: Сграфит ® Салмаз по известным энтальпиям сгорания
Сграфит + О2 ® СО2 DН0298 = -393,5 кДж
Салмаз + О2 ® СО2 DН0298 = -395,4 кДж.
Ответ округлите до целочисленного значения.
9. При увеличении температуры от 20 до 400С скорость реакции возросла в 9 раз. Определите температурный коэффициент скорости реакции.
10. На графике представлено изменение концентраций реагирующих веществ в ходе реакции H2O (г) + C (к) = CO (г) + H2 (г). Рассчитайте константу равновесия.
11. Газовая реакция 2NO + O2 = 2NO2 имеет третий общий порядок. Как изменится скорость этой реакции при увеличении общего давления в 3 раза?
12. Какие факторы не влияют на температурный коэффициент скорости реакции?
| а. природа реагирующих веществ | b. тепловой эффект реакции |
| с. энергия активации | d. концентрация реагентов |
13. При 200С некоторая реакция протекает за 45 мин, а при 300С - за 15 мин. Чему равен температурный коэффициент скорости реакции?
14. Для некторой реакции ΔG0
| а. константа равновесия реакции больше единицы | b. константа равновесия реакции меньше единицы |
| с. в равновесной смеси преобладают исходные вещества | d.в равновесной смеси преобладают продукты реакции |
15. В растворе протекает элементарная гомогенная реакция. При разбавлении раствора в 3 раза скорость реакции уменьшается в 9 раз. Каков общий порядок реакции?
16. При 200C константа скорости некоторой реакции равна 10-4 мин-1, а при 500C - 8·10-4 мин-1. Чему равен температурный коэффициент скорости этой реакции?
17. Какое внешнее воздействие приведет к увеличению константы равновесия реакции
ZnO(к) + CO(г) = Zn(к) + CO2(г), (ΔH>0)
| a. увеличение температуры | b. уменьшение температуры |
| c. увеличение давления | d. введение катализатора |
18. Для некоторой реакции константа равновесия уменьшается при увеличении температуры. Каков знак ΔH для этой реакции?
| a. ΔH>0 | b. ΔHc. ΔH=0 |
19. Выберите фактор, не влияющий на скорость реакции.
| а. температура | b. катализатор |
| с. концентрация веществ | d. тепловой эффект реакции |
20. Энергия активации реакции 1 меньше энергии активации реакции 2. Какая реакция имеет больший температурный коэффициент?
| a. реакция 1 | b. реакция 2 | c. температурные коэффициенты равны |
