ОПЫТ 1. Зависимость скорости химической реакции от концентрации реагентов.
В опыте исследуется реакция между растворами тиосульфата натрия и серной кислоты:
Na2S2O3 + 2 H2SO4 = 2 NaHSO4 + H2SO3 + S ¯
Реакция протекает в две стадии:
(1) Na2S2O3 + 2 H2SO4 = 2 NaHSO4 + H2S2O3 (быстрая)
(2) H2S2O3 = H2SO3 + S ¯ (медленная)
Сера, образующаяся в результате реакции, вызывает опалесценцию и дальнейшее помутнение раствора, поэтому о скорости протекания реакции можно судить, визуально фиксируя момент потери прозрачности раствора.
Выполнение опыта: в трех пробирках приготовьте растворы тиосульфата натрия различной концентрации, для этого внесите в пробирку №1 - 4 капли раствора тиосульфата натрия и 8 капель воды, в пробирку №2 - 8 капель раствора тиосульфата натрия и 4 капли воды, в пробирку №3 - 12 капель раствора тиосульфата натрия. Пробирки слегка встряхните. Таким образом, при одинаковых объемах растворов концентрация тиосульфата натрия в пробирках будет в отношении 1: 2: 3.
В пробирку №1 добавьте одну каплю раствора серной кислоты и одновременно включите секундомер. Пробирку встряхните для перемешивания раствора. Измерьте время от момента добавления кислоты до появления опалесценции.
Опыт повторите с пробирками №2 и №3, добавляя по одной капле серной кислоты и определяя время протекания реакции до одинаковой степени помутнения раствора.
Данные опыта занесите в таблицу:
| № про- бирки | Объем Na2S2O3 | Объем H2O | Объем H2SO4 | Относит. конц-ия H2S2O3 | Время протекания реакции t,с | Условная скорость v = 100/t |
| - |
1. Постройте график зависимости условной скорости реакции (v) от относительной концентрации раствора тиосерной кислоты.
2. Напишите кинетическое уравнение реакции.
3. Сделайте вывод о соответствии полученной графической зависимости кинетическому уравнению:
V
1 2 3 C
ОПЫТ 2. Влияние температуры на скорость реакции.
В опыте используется реакция между растворами тиосульфата натрия и серной кислоты (см. опыт 1).
Выполнение опыта: в три пробирки налейте по 1 мл раствора тиосульфата натрия, в другие три пробирки - по 1 мл раствора серной кислоты. Каждую пару пробирок (тиосульфат - кислота) поместите в водяные бани: первую - при комнатной температуре, вторую - при температуре на
10 °С выше комнатной, третью - при температуре на 20 °С выше комнатной.
Через 5 -10 мин. слейте содержимое каждой пары пробирок и по секундомеру определите время протекания реакции по появлению опалесценции.
Результаты опыта занесите в таблицу:
| № опыта | Температура, °С | Время реакции, с | v = 100/t | g | Eакт, кДж/моль |
1. Запишите выражение правила Вант - Гоффа.
2. По полученным данным рассчитайте два значения температурного коэффициента реакции и его среднее значение.
3. Для каждого значения температурного коэффициента рассчитайте энергию активации реакции, а также ее среднее значение.
4. Все данные занесите в таблицу.
5. Сделайте вывод о влиянии температуры на скорость реакции.
ОПЫТ 3. Влияние катализаторов на скорость реакции.
В опыте исследуется реакция разложения пероксида водорода в присутствии катализаторов- раствора хромата калия K2CrO4 и твердого диоксида марганца MnO2. Скорость реакции оценивается по интенсивности выделения кислорода, который обнаруживается с помощью тлеющей лучинки.
Выполнение опыта: в две пробирки налейте по 10 капель раствора Н2О2. К отверстию одной из них поднесите тлеющую лучинку. Происходит ли выделение кислорода?
Повторите опыт, добавив в первую пробирку несколько капель раствора хромата калия, в другую - несколько кристаллов диоксида марганца.
1) Отметьте признаки протекания реакции.
2) Напишите уравнение реакции разложения пероксида водорода:
3)Сделайте выводы:
а) как влияют хромат калия и диоксид марганца на скорость рассматриваемой реакции,
б) в каком случае катализ является гомогенным, в каком – гетерогенным,
в) почему в одном случае в ходе реакции изменяется окраска раствора,
г) на основе каких наблюдений можно сделать вывод о том, что катализатор в процессе реакции не расходуется,
д) как изменяется энергия активации реакции в присутствии катализатора.
ОПЫТ 4. Влияние величины межфазной поверхности на скорость гетерогенной реакции.
В опыте используется реакция CaCO3(т) + 2 HCl(р) = CaCl2(р) + H2O(ж) + CO2(г),
протекающая на поверхности твердого карбоната кальция, взятого в компактном и измельченном виде.
Выполнение опыта: возьмите два небольших кусочка мела (@ 0,5 г). Один из кусочков поместите в пробирку, другой разотрите в ступке и получившийся порошок поместите в другую пробирку. В обе пробирки одновременно внесите по 5 мл соляной кислоты. Отметьте время растворения мела в каждом случае:
1) Напишите кинетическое уравнение реакции.
2) Сделайте вывод о влиянии степени измельчения твердых веществ (величины межфазной поверхности) на скорость гетерогенной реакции.
Вариант теста (правильные ответы выделены).
I. Скорость химической реакции: 3H2(г) + N2 (г) = 2NH3(г) выражается уравнением:
1) v = k C3 H 2 CN 2 2) v = k CH 2 CN2 3) v = k CNH 3 4) v = k C2H 2 C2 N 2
См. ЗДМ, уравнение 2
II. Скорость химической реакции: ZnO(к) + CO(г) = Zn(к) + CO2(г) выражается уравнением:
1) v = k СZnO СCO 2) v = k СCO 3) v = k СZnO С2 CO 4) v = k СCO
см. ЗДМ для гетерогенных реакций, пример 3
III. Чему равен порядок реакции (см. п. I):
1) 1 2) 2 3) 3 4) 4
см. определение, стр. 1
IV. Укажите размерность величин, которые используются в вычислениях по закону действия масс:
1) моль/л 2) Па 3) % 4) атм
% и атм не системные единицы СИ
V. Скорость гетерогенной реакции зависит от:
1) концентрации газообразных веществ 3) концентрации твердых веществ
2) массы твердых веществ 4) давления
см. ЗДМ для гетерогенных реакций, пример 3
VI. Константа скорости химической реакции зависит от:
1) энергии активации реакции 3) температуры
2) концентрации реагентов 4) присутствия катализатора
константа скорости от концентраций не зависит
VII. Во сколько раз увеличится скорость реакции при повышении температуры на 20 °С, если температурный коэффициент реакции равен 3:
1) 3 2) 6 3) 8 4) 9
см. уравнение (3) и ПРИМЕР 4
VIII. Влияние катализатора проявляется в:
1) увеличении скорости реакции 3) изменении направления реакции
2) смещении равновесия 4) снижении энергии активации
см. стр. 3 - катализ
IX. Какие стадии химической реакции определяют ее скорость?
1) медленная стадия 3) быстрая стадия
2) все стадии 4) промежуточные стадии
см. определение, стр. 2 и ПРИМЕР 2
X. Во сколько раз увеличится скорость реакции (см. п.I), если общее давление в системе увеличить в2 раза?
1) в 2 раза 2) 4 3) 8 4) 16