Экспериментальная часть. Опыт 1. Зависимость скорости реакции от природы реагирующих веществ

Опыт 1. Зависимость скорости реакции от природы реагирующих веществ.

Подготовьте прибор для собирания газа над водой. В стеклянный кристаллизатор налейте воды; коническую пробирку доверху заполните водой. Закрыв отверстие пробирки пальцем, переверните её вверх дном и опустите в кристаллизатор с водой. Под водой осторожно откройте пробирку. Укрепите в штативе вторую пробирку, налейте в неё ¾ объёма 0,1 М раствора уксусной кислоты. Промойте водой 2–3 маленьких кусочка цинка, вытрите их фильтровальной бумагой и опустите в пробирку с кислотой. Пробирку закройте пробкой с отводной трубкой, конец которой опустите в воду и подведите под пробирку. Запишите время заполнения пробирки газом.

По окончании опыта вылейте уксусную кислоту из микроколбы, промойте цинк и высушите его фильтровальной бумагой.

Проведите аналогичный опыт, налив в колбу 0,1 М раствор соляной кислоты. Запишите время заполнения пробирки газом в этом случае.

Напишите уравнения реакции взаимодействия цинка с уксусной и соляной кислотами. Чем объяснить различную скорость выделения водорода в первом и во втором случаях?

Опыт 2. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ.

В три большие пробирки (или стаканчика) наливайте по 10 мл раствора Na₂SO₃, подкисленного H₂SO₄ и содержащего небольшое количество крахмала, а в три других: в первую – 10 мл раствора KIO₃ + 20 мл H₂O, во вторую – 20 мл раствора KIO₃ + 10 мл Н₂О и в третью – 30 мл KIO₃.

Реакция между указанными веществами в сернокислой среде протекает по уравнению:

KIO₃ + 5 Na₂SO₃ + H₂SO₄ = I₂ + 5 Na₂SO₄ + K₂SO₄ + H₂O.

Слейте по очереди попарно растворы Na₂SO₃ и KIO₃. Отметьте время появления окраски раствора по секундомеру в каждой пробирке. Результаты опыта запишите в таблицу:

№ проб	Объём, мл	Общий объём, мл	Относит. концентрация	Время потемнения	Относит. скорость реакции
Na2SO3	KIO3	H2O

На миллиметровой бумаге постройте кривую зависимости скорости реакции от концентрации KIO₃ (в относительных единицах).

Опыт 3. Зависимость скорости реакции от температуры.

Зависимость скорости реакции от температуры изучают на примере реакции

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + SO₂ + H₂O

По правилу Вант-Гоффа (при γ = 1,8).

получаем, что при повышении температуры на 10⁰ скорость реакции увеличивается на 1,8 раза, на 20⁰ – в 3,24 раза, на 30⁰ – в 5,832 раза и т.д.

В три пробирки налейте по 5 мл раствора Na₂S₂O₃. Поместите все пробирки в стакан с водой и через 5-7 мин., измерив температуру воды в стакане, смешайте содержимое одной пары пробирок с H₂SO₄ и Na₂S₂O₃, и определите время помутнения раствора по секундомеру с момента сливания до начала появления мути.

Стаканчик с оставшимися пробирками подогрейте на 10⁰ и, вновь выдержав растворы при этой температуре 5 - 7мин, слейте содержимое второй пары пробирок с H₂SO₄ и Na₂S₂O₃. Определите время до начала появления мути.

Стаканчик с оставшимися пробирками подогрейте на 10⁰ и, вновь выдержав растворы при этой температуре 5 - 7мин (температура должна быть выше первоначальной на 20 ⁰С), слейте содержимое последней пары пробирок с H₂SO₄ и Na₂S₂O₃. Определите время до начала появления мути.

Результаты опыта запишите в таблицу.

№ пробирки	Температура, 0С	Время появления мути	Относит. скорость реакции
vтеор.	vпракт.
			1,8
			3,24

На миллиметровой бумаге постройте кривую зависимости v_{теор .} от температуры. На этом же графике отметьте рассчитанные заранее значения v_{практ .}

Рассчитайте значения температурного коэффициента γ_{практ .} исходя из опытных данных.

Сделайте выводы о зависимости скорости реакции от температуры.

Опыт 4. Влияние поверхности раздела реагирующих веществ на скорость реакции в гетерогенной системе.

1.Взаимодействие карбоната кальция с соляной кислотой.

Приготовьте два небольших приблизительно одинаковых кусочка мела. Один из них разотрите пестиком на листе бумаги и пересыпьте в коническую пробирку, второй поместите в другую пробирку. В обе пробирки одновременно добавьте по 15 - 20 капель концентрированной соляной кислоты. Напишите уравнение реакции. Отметьте наблюдаемые явления и объясните их.

2. Взаимодействие нитрата свинца с йодидом калия.

Несколько кристаллов йодида калия и нитрата свинца Pb(NO₃)₂ поместите раздельно в две сухие чистые ступки, и тщательно разотрите пестиком. Приготовьте две сухие конические пробирки. В одну из них положите по несколько кристаллов Pb(NO₃)₂ и KI, в другую насыпьте приблизительно такое же количество солей, растёртых в порошок. Для перемешивания реагирующих веществ обе пробирки несколько раз энергично встряхните, закрыв отверстие пальцем. Поставьте пробирки в штатив и наблюдайте образование йодида свинца.

Отметьте влияние поверхности соприкосновения реагирующих веществ на скорость химической реакции. Запишите уравнение реакции обмена между йодидом калия и нитратом свинца.

Опыт 5. Гомогенный катализ.

1. Каталитическое уравнение реакции разложения пероксида водорода.

Налейте в пробирку 10 мл 3 %-ного раствора пероксида водорода. Опустите в пробирку тлеющую лучину, не касаясь раствора. Объясните, почему лучина не вспыхивает?

В коническую колбу налейте 10 мл 0,01 М раствора молибдата натрия Na₂MoO₄ и затем, постепенно, из пробирки прилейте 10 мл пероксида водорода.

Наблюдайте изменение окраски раствора и момент начала выделения пузырьков кислорода. Для завершения реакции смесь слегка нагрейте. Убедитесь в наличии кислорода в колбе при помощи тлеющей лучины.

Объясните наблюдение, приняв во внимание следующие реакции между молибдатом натрия и пероксидом водорода:

4 H₂O₂ + Na₂MoO₄ → Na₂MoO₈ + 4 H₂O,

Na₂MoO₈ → Na₂MoO₄ + 2 O₂

В конечном счёте:

2 H₂O₂ → 2 H₂O + 2 O₂.

Какую роль играет молибдат натрия?

2. Каталитическое ускорение окисления марганца.

Окисление соединений марганца (II) до марганца (VII) в растворе легко наблюдать, так как ион Mn²⁺ практически бесцветный, а ион MnO₄^- окрашен в фиолетово-красный цвет.

Внесите в две пробирки по 3-4 капли сульфата MnSO₄ или нитрата Mn(NO₃)₂ марганца и подкислите таким же объёмом раствора азотной кислоты. В одну из пробирок добавьте одну каплю раствора нитрата серебра AgNO₃ и в обе пробирки по одному микрошпателю пероксодисульфата аммония (NH₄)₂S₂O₈.

Поместите обе пробирки в водяную баню. В какой пробирке быстрее изменится окраска? Реакция протекала по уравнению.

2 MnSO₄ + 5 (NH₄)₂S₂O₈ + 8 H₂O = 2 HМnO₄ + 5 (NH₄)₂SO₄ + 7 H₂SO₄.

Азотная кислота в реакции не расходовалась, добавлялась для создания определённой кислотности среды в начале реакции. В качестве промежуточных быстро протекающих процессов происходило восстановление иона серебра марганцем (II) и обратное окисление серебра пероксодисульфатом аммония. Какой ион является катализатором в данном процессе?

Опыт 6. Гетерогенный катализ.

Каталитическое действие диоксида свинца на разложение пероксида водорода. Налейте в пробирку 5 - 8 капель 30%-ного раствора пероксида водорода. С помощью тлеющей лучины убедитесь в отсутствии кислорода. Внесите в раствор на кончике микрошпателя диоксид свинца PbO₂ и наблюдайте выделение газа. Напишите уравнение разложения пероксида водорода (диоксид свинца можно заменить диоксидом марганца MnO₂).

Вопросы и задачи.

1. Что называется скоростью химической реакции? От каких факторов она зависит?

2. Как и почему изменяется скорость химической реакции при изменении температуры?

3. Что называют энергией активации?

4. От каких факторов зависит скорость химической реакции в гетерогенной системе?

5. Как изменится скорость реакции: 2NO + O₂ → 2NO₂.

а) при увеличении концентрации NO в два раза;

б) при одновременном увеличении концентрации NO и O₂ (каждой в 3 раза)?

6. Реакция между веществами А и В выражается уравнением А + 2 В = С. Начальная концентрация вещества А равна 0,3 моль/л, а вещества В = 0,5 моль/л, К = 0,4. Чему равна скорость реакции в начальный момент и по истечении времени, когда концентрация вещества А уменьшится на 0,1 моль?

7. Скорость реакции А + 2 В = С (при [А] = 0,5 моль/л и [В] = 0,6 моль/л) найдена равной 0,016. Определить К.

8. Как зависит скорость реакции от температуры?

9. Что показывает температурный коэффициент скорости реакции?

10. Две реакции при 283 К протекают с одинаковой скоростью. Температурный коэффициент скорости первой реакции равен 2,5, второй – 3,0. Как будут относиться скорости реакций, если первую из них провести при 350 К, а вторую – при 330 К?

11. На сколько нужно повысить температуру, чтобы скорость реакции возросла в 90 раз, если температурный коэффициент равен 2,7?

12. При повышении температуры на 60 ⁰С скорость реакции увеличилась в 4000 раз. Вычислить температурный коэффициент.

13. Скорость химической реакции возросла в 124 раза, температурный коэффициент реакции равен 2,8. На сколько градусов была повышена температура?

14. При температуре 353 К реагирует 1 моль вещества в минуту. Сколько молей вещества прореагирует за тот же промежуток времени, если температура будет увеличена до 393 и до 453 К (температурный коэффициент скорости реакции равен 2)?

Работа №5