Методика проведения опытов

5.2.1 Опыт 1 Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ.

Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ изучают на примере взаимодействия тиосульфата натрия с серной кислотой:

Nа₂S₂О₃ + Н₂S0₄ = S0₂+ Nа₂S0₄ + H₂O + S

Признаком реакции является помутнение раствора вследствие выделения серы.

Заполните три бюретки: первую – 1н раствором Н₂S0₄, вторую – 0,05 н раствором Nа₂S₂О₃, третью — водой. Приведите бюретки в рабочее положение.

Налейте в три пробирки из бюретки по 1 мл Н₂S0₄. В другие три пробирки из бюреток налейте: в первую — 1 мл раствора Nа₂S₂О₃ и 2 мл воды; во вторую –2 мл раствора Nа₂S₂О₃ и 1 мл воды; в третью – 3 мл раствора Nа₂S₂О₃и 0 мл воды.

Заметив время, в первую пробирку прилейте из пробирки 1 мл отмеренного раствора серной кислоты и быстро перемешайте полученную смесь. Отметьте время начала помутнения раствора. Проделайте то же самое с двумя оставшимися пробирками.

Рассчитайте u_практ для второго и третьего случаев, учитывая, что скорость реакции и время протекания реакции до начала помутнения раствора обратно пропорциональны. Следовательно:

где u₁ – скорость реакции в первом случае (v₁= 1); u₂– скорость реакции во втором (третьем) случае; ₁– время протекания реакции до начала помутнения раствора в первом случае, с; ₂ – время протекания реакции до начала помутнения раствора во втором случае, с.

Результаты опыта внесите в табл.5.1

Таблица 5.1 – Результаты опыта №1

№ п/п	Объем, мл	Относительная концентрация	Температура опыта, °С	Время начала помутнения, с	Относительная скорость реакции
H₂S0₄	Н₂О	Na₂S₂O₃	u_теор	1/	u_практ
					комнатная
					комнатная
					комнатная

5.2.2 Опыт 2 Зависимость скорости реакции от температуры.

Зависимость скорости реакции от температуры изучают на примере реакции

Nа₂S₂О₃ + Н₂S0₄ = Nа₂SО₄ + S0₂+ H₂O + S

По правилу Вант - Гоффа (при = 1,8) получаем, что при повышении температуры на 10° скорость реакции увеличится в 1,8 раза, на 20° - в 3,24 раза, на 30° - в 5,832 раза и т.д.

Приведите бюретки с растворами Nа₂S₂О₃, Н₂S0₄ и водой в рабочее положение.

В две пробирки из бюретки прилейте по 1 мл Н₂S0₄. В две другие пробирки из бюреток прилейте по 1 мл раствора Nа₂S₂О₃ и по 2 мл воды.

Одну пару пробирок (одна пробирка с Н₂S0₄, другая с 1 мл Nа₂S₂О₃ и 2 мл воды) поместите в стакан с горячей водой с температурой на 10° выше комнатной. Через 5-7 мин, когда растворы нагреются до нужной температуры, смешайте их и определите время помутнения раствора, как в опыте 1.

Другую пару пробирок поместите в термостат с температурой на 20^о выше комнатной. Через 5-7 мин смешайте растворы и определите время начала помутнения.

Рассчитайте u_практ для второго и третьего случаев (методика расчета дана выше). На миллиметровой бумаге постройте кривую зависимости u_теор от температуры. На этом же графике отметьте значения u_практ.

Рассчитайте значение температурного коэффициента _практ исходя из опытных данных.

Результаты опыта запишите в табл. 5.2 (экспериментальные данные для комнатной температуры возьмите из опыта 1, № п/п 1).

Таблица 5.2 – Результаты опыта №2

№ п/п	Объем, мл	Общий объем, мл	Температура опыта, ⁰С	Время начала помутнения , с	Относительная скорость реакции
H₂S0₄	Н₂О	Na₂S₂O₃	u_теор	1/	u_практ
					комнатная
					комнатная +10	1,8
					комнатная + 20	3,24

5.2.3 Опыт 3 Влияние поверхности раздела реагирующих веществ на скорость реакции в гетерогенной системе (полумикрометод)

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.

5.2.4 Опыт 4 Зависимость скорости реакции от природы реагирующих веществ.

В две пробирки поместите примерно одинаковые промытые водой кусочки цинка. В первую пробирку прилейте 0,1 М раствора HCI, в другую 0,1 М раствора уксусной кислоты. Отметьте, в какой из пробирок газ выделяется более интенсивно. Чем объяснить различную скорость выделения водорода в первом и во втором случаях? Напишите уравнения реакций взаимодействия цинка с уксусной и соляной кислотами.

Примеры решения задач

Пример 1 Вычисление скорости реакции по концентрациям реагирующих веществ.

Реакция между веществами А и В протекает по уравнению 2А + В = С; концентрация вещества А равна 6 моль/л, а вещества В - 5 моль/л. Константа скорости реакции равна 0,5 л²моль ^-2с^-1. Вычислите скорость химической реакции в начальный момент и в тот момент, когда в реакционной смеси останется 45 % вещества В.

Решение

Согласно закону действующих масс скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам. Следовательно, для
уравнения реакции в нашем примере

Скорость химической реакции в начальный момент равна

u= 0,5 6 ² 5 = 90,0 моль с ^-1 л ^-1

По истечении некоторого времени в реакционной смеси останется 45 % вещества В. т. е. концентрация вещества В станет равной 5,00,45= 2,25 моль/л. Значит, концентрация вещества В уменьшилась на 5,0 - 2,25= 2,75 моль/л. Так как вещества А и В взаимодействуют между собой в соотношении 2:1, то концентрация вещества А уменьшилась на 5,5 моль/л (2,75 2) и стала равной 0,5 моль/л (6,0 - 5,5). Следовательно, u₂ = 0,5(0.5)² 2,25 = 0,28 мольс ^-1л ^-1.

Пример 2

Как изменится скорость прямой реакции 2СО + О₂ = 2СО₂если общее давление в системе увеличить в 4 раза?

Решение

Увеличение давления в системе в 4 раза вызовет уменьшение объема системы в 4 раза, а концентрация реагирующих веществ возрастет в 4 раза. Согласно закону действующих масс начальная скорость реакции равна

после увеличения давления

После увеличения давления в 4 раза скорость реакции возросла в 64 раза.