Лабораторная работа №3

Химическое равновесие

Цель работы: изучение влияния различных факторов на химическое равновесие.

Теоретическое введение

Привести определение химического равновесия; признаки истинного химического равновесия; понятие константы химического равновесия (К_с); примеры химического равновесия и константы химического равновесия; факторы, влияющие на величину константы равновесия; формулу, связывающую константу равновесия с изменением энергии Гиббса реакции; принцип Лё Шателье и примеры смещения положения равновесия химической реакции при изменении температуры, давления, концентрации.

Экспериментальная часть

Ι. Влияние концентраций веществ на химическое равновесие.

Опыт 1. В обратимой реакции между хлоридом железа (III) и роданидом аммония

FeCl₃ +3KCNS↔ Fe(CNS)₃+3KCl

все вещества не окрашены за исключением роданида железа(III), имеющего красную окраску. По изменению интенсивности окраски можно судить об изменении концентрации Fe(CNS)₃, т.е. о смещении равновесия в ту или иную сторону.

В 4 пробирки, помещённые в штатив, внесите по 1 капле 0,005н раствора FeCl₃ и по 5 капель 0,0025н раствора KCNS. Добавьте в каждую пробирку дистиллированной воды до половины объёма пробирки. При необходимости перемешайте содержимое пробирок встряхиванием.

В 1-ю пробирку добавьте 2 капли 0,5н раствора FeCl₃. Сравните с интенсивностью окраски раствора в 4-й пробирке и сделайте вывод о направлении смещения химического равновесия. При недостаточно выраженном изменении добавьте дополнительно несколько капель 0,5н раствора FeCl₃.

Во 2-ю пробирку добавьте 2 капли 0,5н раствора KCNS.

Сравните с интенсивностью окраски раствора: а) в 4-й пробирке и сделайте вывод о направлении смещения химического равновесия; б) в 1-й пробирке и сделайте вывод об относительном влиянии хлорида железа и роданида калия на направление смещение положения химического равновесия.

В 3-ю пробирке внесите микрошпатель кристаллов хлорида калия и встряхните пробирку. Сравните с интенсивностью окраски раствора в 4-й пробирке и сделайте вывод о направлении смещения химического равновесия. При недостаточно выраженном изменении добавьте дополнительно кристаллы хлорида калия.

Результаты опыта занесите в табл. 4.3.

Таблица 4.3. Экспериментальные данные

Запишите выражение константы равновесия реакции.

Опыт 2. В растворах, содержащих соединения шестивалентного хрома, существует равновесие реакции

2K₂CrO₄ + H₂SO₄ ↔ K₂Cr₂O₇ + K₂SO₄ + H₂0.

хромат калия дихромат калия

(желтый) (оранжевый)

Хромат-ион окрашен в жёлтый цвет, а дихромат-ион – в оранжевый. Положение равновесия реакции зависит от кислотности среды, т.к. хромат калия устойчив в щёлочной среде, а дихромат калия – в кислой.

Внесите в пробирку 5 капель 10% раствора дихромата калия. Затем добавляйте по каплям 20% раствор NaOH до изменения окраски раствора в пробирке. Происходит реакция

K₂Cr₂O₇ + 2NaOH → K₂CrO₄ + Na₂CrO₄ + H₂O.

Затем к жёлтому раствору хроматов добавьте по каплям концентрированной H₂SO₄ до перехода окраски в оранжевую. Изменение окраски этого же раствора можно наблюдать несколько раз, добавляя последовательно щёлочь и кислоту.

Результаты опыта занесите в табл. 4.4.

Таблица 4.4. Экспериментальные данные

Запишите выражение константы равновесия.

II. Влияние температуры на химическое равновесие.

Опыт 3. Аммиак хорошо растворим в воде, при этом образуется молекулярное соединение NH₃×H₂O,

NH₃+H₂O ↔ NH₃×H₂O,

которое принято записывать в форме NH₄OH, диссоциирующее как слабое основание по уравнению

NH₃×H₂O ↔ NH₄⁺+OH^-; ΔH<0

или

NH₄OH↔ NH₄⁺+OH^- ; ΔH<0.

Процесс является экзотермическим, следовательно, при повышении температуры концентрация гидроксид-ионов в растворе будет уменьшаться, и, наоборот, при понижении температуры концентрация гидроксид-ионов будет расти.

В коническую колбу вместимостью 50 мл налейте ~10 мл дистиллированной воды, добавьте по 1 капле концентрированного раствора аммиака и раствора фенолфталеина. Отметьте окраску раствора. Нагрейте раствор в колбе на электрической плитке. Наблюдайте за изменением окраски раствора. Охладите раствор в колбе водой из-под крана. Как при этом меняется окраска раствора?

Данные опыта занесите в табл. 4.5.

Таблица 4.5. Экспериментальные данные

Запишите выражение константы равновесия.

Опыт 4. При взаимодействии йода с крахмалом образуется соединение включения (клатратное соединение) переменного состава синего цвета – йодокрахмал. Реакция обратима. Равновесие можно представить условной схемой

(C₆H₁₀O₅)_n + m I₂ ↔ x(C₆H₁₀O₅)_n·(I₂)_y; DH<0.

Прямая реакция является экзотермической, следовательно, при повышении температуры равновесие будет смещаться влево, концентрация йодокрахмала уменьшаться и окраска будет ослабевать, а при охлаждении, напротив, усиливаться.

Возьмите две пробирки. В каждую пробирку внесите 2–5 мл дистиллированной воды, 1 каплю раствора крахмала и 1 каплю 0,1 н раствора йода. Как изменился цвет растворов в пробирках?

Одну из пробирок поставьте в штатив, оставив для сравнения. Другую пробирку закрепите в держателе и нагрейте на электрической плитке. Сравните окраски растворов в обеих пробирках. Охладите раствор во 2-й пробирке водой из-под крана. Отметьте изменение окраски раствора.

Данные опыта занесите в табл. 4.6.

Таблица 4.6. Экспериментальные данные

Запишите выражение константы равновесия реакции.

Выводы.Отметьте влияние изменения концентрации реагентов и температуры на направление смещения положения химического равновесия.

Контрольные вопросы

1. Напишите уравнение константы равновесия для каждого из следующих обратимых процессов:

a) 2NO_2(г) ↔ 2NO_(г)+O_2(г);

б) 3H_2(г) +N_2(г) ↔ 2NH_{3 (г)};

в) H_2(г)+CuO_(т) ↔ H₂O_(г)+Cu_(т) .

Как сместится положение равновесие в каждом случае при увеличении давления?

2. В каком направлении сместится положение равновесия при повышении температуры в следующих обратимых реакциях:

а) 2CO_(г) + O_2(г) ↔ 2CO_2(г), DH^о<0;

б) 6CO_2(г) +6H₂O_(ж) ↔ C₆H₁₂O_6(т) + 6O_2(г), DH^о>0.

1. Рассмотрите равновесную систему

C(к)+СО₂(г) ↔ 2СО(г), DH^о=119,8 кДж.

Какое влияние на положение равновесия окажет:

а) добавление СО_2(г), б) добавление С_(т), в)подвод теплоты, г) сжатие системы, д)введение катализатора, е) удаление СО_(г) ?