Кинетика химических реакций

Цель работы: изучение скорости химической реакции и её зависимости от различных факторов: природы реагирующих веществ, концентрации, температуры.

Теоретическое введение

Привести понятия средней и истинной скоростей химической реакции; факторы, определяющие скорость химической реакции; закон действующих масс, закон Вант-Гоффа.

Экспериментальная часть

Опыт 1. Изучение влияния концентрации соли на скорость реакции тиосульфата натрия с серной кислотой.

Сильная серная кислота вытесняет слабую тиосерную кислоту из тиосульфата натрия:

Na₂S₂O₃ +H₂SO₄= H₂S₂O₃ + Na₂SO₄.

Тиосерная кислота в свободном состоянии неустойчива и распадается:

Н₂S₂O₃ =SO₂ + H₂O + S¯.

Образование свободной серы наблюдается визуально по помутнению прозрачного раствора.

Суммарное уравнение реакции имеет следующий вид:

Na₂S₂O₃ +H₂SO₄= Na₂SO₄+SO₂ +H₂O +S¯.

Промежуток времени от момента сливания растворов реагентов до момента начала помутнения раствора пропорционален скорости реакции.

Внесите 0,5М раствор тиосульфата натрия и дистиллированную воду в три пробирки и перемешайте:

в 1-ю пробирку внесите 4 капли раствора Na₂S₂O₃ и 8 капель Н₂О;

во 2-ю пробирку – 8 капель раствора Na₂S₂O₃ и 4 капли Н₂О;

в 3-ю пробирку – 12 капель раствора Na₂S₂O₃.

Таким образом, в каждой пробирке должно находиться по 12 капель раствора тиосульфата натрия. Если относительную концентрацию соли (с_отн) в 1-й пробирке принять равной 1 (4 капли раствора соли), то во 2-й пробирке концентрация составит 2 (8 капель) и в 3-й – 3 (12 капель).

В первую пробирку добавьте 1 каплю 1н раствора серной кислоты с концентрацией и встряхните содержимое. С помощью секундомера измерьте время от попадания капли кислоты в раствор соли до появления помутнения (τ,с). Проделайте поочерёдно то же самое со 2-й и 3-й пробирками.

Экспериментальные данные занесите в табл. 4.1. Рассчитайте относительную скорость реакции:

.

Таблица 4.1. Экспериментальные данные

Постройте на миллиметровой бумаге график зависимости , отложив по оси абсцисс значение относительных концентраций тиосульфата натрия, а по оси ординат – значения соответствующих относительных скоростей реакции.

Концентрация серной кислоты в опыте постоянна, следовательно, кинетическое уравнение будет иметь вид

,

а график будет прямой линией, выходящей из начала координат под углом a к оси абсцисс (рис. 4.5.)

Рассчитайте относительную константу скорости реакции из полученного графика по формуле

.

Рис. 4.5. Зависимость относительной скорости реакции от относительной концентрации тиосульфата натрия

Выводы.Отметьте зависимость скорости реакции от концентрации. Укажите возможные источники погрешности опыта.

Опыт 2. Изучение влияния температуры на скорость реакции тиосульфата натрия с серной кислотой.

В опыте 2 исследуется влияние температуры на скорость реакции, описанной в опыте 1.

Поместите в термостат 2 пробирки: одну – с 4 каплями 0,5М раствора Na₂S₂O₃ и 8 каплями дистиллированной воды (перед погружением в термостат пробирку встряхните, чтобы перемешать раствор), другую – с 8 каплями 1М раствора H₂SO₄. Измерьте температуру (t₁). Выдержите растворы при данной температуре, после чего, не вынимая пробирки из термостата, добавьте к раствору тиосульфата натрия 1 каплю раствора Н₂SO₄. Измерьте время от момента добавления кислоты до начала помутнения раствора.

Повторите опыт при температурах (t₁+10 ⁰С) и (t₁ +20 ⁰С), нагревая термостат с реактивами на электрической плитке. Результаты опытов занесите в табл. 4.2.

Таблица 4.2.Экспериментальные данные

Рассчитайте температурные коэффициенты скорости реакции:

Постройте на миллиметровой бумаге график зависимости v=f(t), отложив по оси абсцисс температуру, а по оси ординат – относительную скорость реакции, имея в виду, что зависимость является степенной (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Зависимость относительной скорости реакции от температуры

Выводы.Отметьте зависимость скорости реакции от температуры. Укажите возможные источники погрешности опыта.

Контрольные вопросы

1. Напишите математическое выражение закона действия масс для реакций:

α) N₂O_4(г)=2NO_(г);

б) 2NO_(г)+Br_2(г)=2NOBr_(г);

в) С_(т)+О_2(г)=СО_2(г).

2. Что называется энергией активации реакции?