Эксперт по сдаче вступительных испытаний в ВУЗах
Лабораторная работа «Скорость химических реакций»
Цель работы:
Изучить влияние концентрации реагирующих веществ и температуры на скорость химических реакций.
Краткие теоретические положения.
Химическая кинетика – раздел химии, изучающий скорости протекания химических реакций и их механизмы.
Скорость химических реакций определяется числом соударений (элементарных актов реакции), приводящих к химическому превращению в единице объема в единицу времени.
Под
механизмом реакции понимают последовательность протекания промежуточных стадий реакции, в результате которой происходит образование конечных веществ.
Мерой скорости химической реакции называется изменение концентрации (или количества вещества) в единицу времени.
Скорость химической реакции – это изменение концентрации реагирующих веществ в единицу времени в единице объема (
для гомогенных реакций) или на единице поверхности (
для гетерогенных реакций) раздела фаз.
Знак минус (-) для исходных веществ (концентрации исходных веществ со временем уменьшаются), а концентрации продуктов увеличиваются. Скорость же реакции всегда считается положительной величиной.
Факторы, влияющие на скорость химической реакции: природа реагирующих веществ; концентрация реагирующих веществ; температура; наличие катализатора; величина поверхности раздела (для гетерогенных реакций); прочие энергетические воздействия (световое, радиационное облучение и др.).
Зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ выражается законом действия масс (К. Гульдберг, П. Вааге, 1867 г.):
Скорость химической реакции при постоянной температуре прямо пропорциональна произведению мольных концентраций реагирующих веществ, возведенных в определенные степени.
Для гомогенной реакции АВ + С = А + ВС:
где [С], [АВ] – мольные концентрации реагентов, (моль/л);
k – константа скорости реакции, равная скорости реакции при концентрациях реагирующих веществ, равных 1 моль/л;
m и
n – показатели степеней.
Зависимость скорости химической реакции от температуры выражается правилом Вант-Гоффа: При повышении температуры на каждые десять градусов, скорость реакции увеличивается примерно в 2 – 4 раза:
где – температурный коэффициент скорости реакции, принимающий значения от 2 до 4.
Оборудование и реактивы.
- Секундомер;
- Термостат;
- Три пробирки;
- Дистиллированная вода;
- 1 н. раствор тиосульфата натрия Na2S2O3;
- 2 н. раствор серной кислоты H2SO4.
Опыт 1.
Взаимодействие тиосульфата натрия с серной кислотой. Реакция тиосульфата натрия с серной кислотой протекает по уравнению:
Na
2S
2O
3 + H
2SO
4 = Na
2SO
4 + S + SO
2 + H
2O
Признаком реакции является появление слабой опалесценции и дальнейшее помутнение раствора от выпавшей свободной серы.
Выполнение работы.
В трех пробирках приготовлены растворы Na
2S
2O
3 с разной концентрацией (табл. 1): в первой пробирке – 4 капли 2 н. раствора Na
2S
2O
3 и 8 капель H
2O; во второй – 8 капель 2 н. раствора Na
2S
2O
3 и 4 капли H
2O; в третьей – 12 капель 2 н. раствора Na
2S
2O
3. Таким образом, концентрация Na
2S
2O
3 (в моль) будет: в пробирке № 1 – С ; в пробирке № 2 – 2С, в пробирке № 3 – 3С.
Включите секундомер. В пробирку № 1 добавьте одну каплю 2 н. раствора серной кислоты. По секундомеру измерьте время от момента добавления кислоты до появления в растворе заметной опалесценции. Время в секундах запишите в таблицу. Рассчитайте относительную скорость реакции.
Опыт повторить с пробирками № 2 и № 3.
Таблица 1.
| № пробирки |
Число капель
1 н. раствора
Na2S2O3 |
Число капель
H2O |
Число капель
2 н.
раствора
H2SO4 |
Общий объем раствора (число капель) |
Относительная концентрация
раствора
Na2S2O3 |
Время течения реакции (t, с) |
Относительная скорость реакции (1/ t)
|
| 1 |
4 |
8 |
1 |
13 |
С |
|
|
| 2 |
8 |
4 |
1 |
13 |
2С |
|
|
| 3 |
12 |
— |
1 |
13 |
3С |
|
|
Данные опыта занесите в таблицу. Начертите график зависимости скорости реакции от концентрации реагирующих веществ. На оси абсцисс отложите в определенном масштабе относительные концентрации тиосульфата натрия, на оси ординат – соответствующие им скорости.
Сделайте вывод о зависимости скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ.
Опыт 2. Влияние температуры на скорость реакции в гомогенной системе.
Na
2S
2O
3 + H
2SO
4 = Na
2SO
4 + S + SO
2 + H
2O
В двух пробирках (№ 2 и № 3) приготовлены растворы Na
2S
2O
3 с одинаковой концентрацией: 4 капли 2 н. раствора Na
2S
2O
3 и 8 капель H
2O.
Пробирка № 2 помещена в термостат с температурой на 10
0С выше комнатной, а пробирка № 3 – в термостат с температурой на 20
0С выше комнатной.
Включите секундомер. В пробирку № 2 добавьте 1 каплю 2 н. раствора H
2SO
4. По секундомеру отметьте время от момента добавления кислоты до появления заметной опалесценции, как в опыте 1. Повторите опыт для пробирки № 3.
Результаты опыта занесите в таблицу 2 (экспериментальные данные для комнатной температуры (21
0С) возьмите из опыта 1).
Таблица 2.
| № пробирки |
Температура, 0С |
Время течения реакции (t, с) |
Относительная скорость (1/ t) |
| 1 |
21 |
|
|
| 2 |
31 |
|
|
| 3 |
41 |
|
|
Начертите график зависимости скорости реакции от температуры. На оси абсцисс отложите в определенном масштабе значения температур, на оси ординат – соответствующие им скорости.
Рассчитайте значение температурного коэффициента, исходя из опытных данных:
Сделайте вывод о зависимости скорости химической реакции от температуры.
Форма отчета.
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
- Название работы и описание цели ее выполнения.
- Заполненные таблицы 1 и 2.
- Графики зависимостей скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ и температуры.
- Расчеты значения температурного коэффициента.
- Выводы.
- Контрольное задание.
Контрольное задание.
Напишите выражение скорости реакций:
а) N
2 + O
2 = 2NO;
б) CO
2 + C = 2CO;
в) FeO + H
2 = Fe + H
2O.
Как изменится скорость реакции а) при увеличении концентрации исходных веществ в два раза?
Ссылка на первоисточник:
http://vei.ru/
