Федеральное агентство по образованию Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого

Федеральное агентство по образованию
Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого
Кафедра химии и экологии
КИНЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
Методические указания к лабораторной работе
Великий Новгород
2006
2
Кинетика химических реакций: Метод указ./Сост. И.В.Летенкова,
Е.Н.Бойко. – Великий Новгород, НовГУ им. Ярослава Мудрого, 2006.
В методических указаниях рассмотрены основные вопросы по теме
«Кинетика химических реакции». Рассмотрено влияние различных факторов
на скорость химической реакции, химическое равновесие и его смещение.
Методические указания предназначены для студентов всех
специальностей, изучающих химию.
3
ВВЕДЕНИЕ
Химическая кинетика – область химии, изучающая механизмы
химических реакций и скорости их протекания, а также зависимость
скорости реакции от различных факторов (концентрации реагентов,
температуры, давления, наличия катализатора и др.).
Знание кинетики реакций исключительно важно для управления
химическими процессами: выбора условий их протекания с оптимальной
скоростью и наибольшим выходом требуемого продукта.
1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ
1. Установить
характер
зависимости
скорости
реакции
от
концентрации реагирующих веществ, температуры и катализатора.
2. Установить, как влияет на химическое равновесие изменение
концентрации реагирующих веществ.
2 ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
2.1 Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих
веществ
Скорость реакции определяется числом элементарных актов
взаимодействия между частицами (молекулами) реагирующих веществ в
единице объёма в единицу времени.
Практически, скоростью химической реакции называют изменение
концентрации реагирующего вещества за единицу времени в единице
реакционного пространства.
В гомогенной системе реакционным пространством служит объём
сосуда, в котором протекает взаимодействие.
В химической кинетике различают среднюю и истинную (или
мгновенную) скорость реакции. Средняя скорость равняется отношению
изменения количества вещества в единице объёма, т. е. изменения
концентрации, к промежутку времени, в течение которого оно произошло:
υ=±
ΔC
Δn 1 Δn
= ΔC; υ = ±
⋅ ;
V Δτ V
Δτ .
(1)
Истинная скорость реакции в данный момент выражается изменением
концентрации, отнесенным к бесконечно малому промежутку времени, т.е.
производной концентрации по времени:
υ=±
dC
dτ .
(2)
4
Поскольку изменение концентрации может быть и положительной
величиной (для продуктов реакции), и отрицательной (для исходных
веществ), а скорость реакции должна быть величиной положительной, в
выражениях (1) и (2) ставят перед дробью знак «+» или «–».
Скорость реакции зависит от природы реагирующих веществ, их
концентрации, среды, в которой протекает реакция, температуры, наличия
катализатора.
Зависимость скорости реакции от концентрации определяется законом
действующих масс:
при постоянной температуре скорость химической реакции прямо
пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ,
взятых в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам в
уравнении реакции.
В общем случае для реакции аА + вВ = сС + dD
υ = k[ A]a [ B]b ,
(3)
где k - константа скорости (удельная скорость) реакции. Она равна
скорости реакции при условии, что концентрации реагирующих веществ или
их произведение равняются единице. Константа скорости реакции зависит от
всех факторов, влияющих на скорость реакции, за исключением
концентрации реагирующих веществ. Поэтому константа скорости остается
неизменной в течение реакции, является ее фундаментальным кинетическим
параметром.
В гетерогенной системе реакция осуществляется на поверхности
раздела фаз. Поверхность раздела фаз является в этом случае реакционным
пространством. Поэтому концентрация газообразных и жидких веществ,
участвующих во взаимодействии, измеряется количеством этих веществ,
приходящихся на единицу реакционной поверхности, и называется
поверхностной концентрацией Cs.
−
ΔСs
Δτ
dС
s
или истинная υ = ± dτ
- измеряется изменением поверхностной концентрации одного из веществ
(газа или жидкости), участвующих в реакции, за единицу времени.
Концентрация компонента, находящегося в твердой фазе, постоянна.
Значение этой постоянной включается в величину k. Зависимость скорости
гетерогенной реакции от поверхностной концентрации реагентов
определяется законом действующих масс. Так, например, зависимость
скорости процесса
Скорость гетерогенной реакции - средняя
υ= ±
Zn(кр) +O2(г) = ZnO(кр)
при постоянной температуре от поверхностной концентрации О2
имеет вид υ = kCs(O2) , где k = k‫·׳‬S (S – площадь поверхности цинка).
5
В тех случаях, когда измерение поверхностной концентрации затруднено, скорость гетерогенного процесса вычисляют, используя вместо
поверхностной концентрации объёмную концентрацию. Например, скорость
реакции Zn(кр) + O2(г) = ZnO(кр) рассчитывают по уравнению υ = k[O2 ] .
2.2 Зависимость скорости реакции от температуры
С повышением температуры скорость реакции резко увеличивается.
Зависимость скорости реакции от температуры приближенно описывается
эмпирическим правилом Вант-Гоффа:
при повышении температуры на каждые 10 скорость реакции
увеличивается в 2-4 раза.
Величина, которая показывает, во сколько раз возрастает скорость
реакции при повышении температуры на 10°, называется температурным
коэффициентом скорости реакции γ .
γ=
υt +10
υt .
(4)
Поскольку при концентрациях реагирующих веществ I моль/л скорость химической реакции численно равна константе скорости k, то
γ=
kt +10
.
kt
(5)
Определив γ, можно приближенно рассчитать скорость (константу
скорости) реакции при любой температуре:
υt 2 = υt1
t 2 −t1
⋅ γ 10
t 2 −t1
(6)
или
kt 2 = kt1 ⋅ γ
10
(7)
Правило Вант-Гоффа применяется для ориентировочных расчётов.
Более точно зависимость скорости (константы скорости) реакции от
температуры описывается уравнением Аррениуса:
−Ea
k = A⋅ e RT ,
(8)
где Еа – энергия активации реакции; R – универсальная газовая
постоянная,
R=8,314 Дж/моль·К;
Т
–
температура, К;
A
–
предэкспоненциальный множитель (коэффициент Аррениуса).
Энергия
активации
–
это
минимальная
энергия
взаимодействующих частиц, уровень которой достаточен для того,
чтобы все частицы вступили в химическую реакцию. Энергия активации
реакции характеризует энергетический барьер, преодоление которого
6
реагирующими частицами приводит к образованию конечных веществ.
Энергия активации процесса зависит только от природы реагирующих
веществ. Значения энергии активации для химических реакций могут
составлять от 40 до 200 кДж/моль.
Предэкспоненциальный
множитель
А
равен
произведению
стерического фактора Р на общее число соударений молекул Z реагирующих
веществ в единице объема за единицу времени.
А=Р·Z
Стерический фактор учитывает число благоприятных способов
ориентации молекул по отношению к общему числу способов их возможной
взаимной ориентации. Значения Р обычно лежат в пределах от 10-9 до 1.
Из уравнения (8) следует, что при Еа=0 k=A. Предэкспоненциальный
множитель можно рассматривать как зкстраполяционное значение константы
скорости реакции, когда все молекулы реакционноспособны, т.е. все их
соударения эффективны. В реальных условиях, когда Еа > 0, не все
соударения являются эффективными. Более того, их доля от общего числа
соударений, как правило, незначительна. Доля эффективных соударений
−
Еа
RT
.
определяется экспоненциальным множителем е
Энергия активации легко рассчитывается по уравнению Аррениуса,
если известны значения констант скоростей при разных температурах k1 и k2.
k2 = A⋅ e
−
−
k1 = A⋅ e
Ea
RT2
Ea
RT1
E
a
k2
1 1
=e R ( − )
k1
T1 T2
Прологарифмируем левую и правую части полученного уравнения:
ln
k2 Ea T2 −T1
= ⋅
k1 R T2 ⋅ T1
ln
Ea =
Если Δ T = 10 К, то
Еа =
k2
⋅ R ⋅ T2 ⋅ T1
k1
T2 − T1
ln γ ⋅ R ⋅ T2 ⋅ T1
10
7
2.3 Зависимость скорости реакции от катализатора
Скорость химической реакции может резко изменяться в
присутствии катализатора. Катализаторами называются вещества,
которые резко увеличивают скорость реакции или вызывают
реакцию, если она не протекает, но принципиально осуществима
(∆Gреакц.< 0).
В ходе каталитической реакции катализатор остается химически
неизменным, а его количество - постоянным.
Ускорение реакций в гомогенном катализе (реагирующие
вещества и катализатор находятся в одной фазе) объясняется
образованием промежуточных соединений. Если реакция А + В = АВ
требует энергии активации Е а и без катализатора идёт медленно, то
введением катализатора можно повести процесс через промежуточное
соединение: в две стадии, протекающие с меньшими энергиями
активации (рис.2.1).
1-я стадия: А + К = АК;
2-я стадия: АК + B= AB + K
K-катализатор; АК- промежуточное соединение.
Е
1
2
Еа
А+В
АК
Еа1
Нхр<0
Еа2
АВ
Нпрод
Нисх
Путь процесса
Рисунок 2.1 – Энергетическая диаграмма экзотермической реакции:
1 - некатализируемая реакция; 2 - катализируемая реакция; Еа - энергия
активации некатализируемой реакции; Ea1 и Еа2 - энергии активации 1-й и 2-й
стадии катализируемой реакции
В гетерогенном катализе (катализатор находится в системе в виде
самостоятельной фазы) процессы отличаются многостадийностью.
Например, реакцию
3 4
⎯→ CО2 + Н2,
СО + H2O ←⎯⎯
Fe,Fe O
протекающую на железо-оксидном катализаторе, можно разделить на,
следующие стадии:
8
- диффузия молекул СО и Н2О к поверхности катализатора;
- адсорбция молекул СО и H2O на поверхности катализатора;
- химическое взаимодействие молекул СО и Н2О, адсорбированных на
поверхности катализатора;
- диффузия молекул С02 и H2 от поверхности катализатора.
Отмечено, что каталитические процессы протекают только на отдельных участках поверхности катализатора - активных центрах. На
активных центрах, как и в случае гомогенного катализа, образуются
промежуточные
(поверхностные)
соединения.
Поэтому
состояние
поверхности катализатора играет важную роль. Активность катализатора тем
выше, чем больше его удельная поверхность и чем больше число дефектов
строения кристаллов.
2.4 Химическое равновесие. Смещение равновесия
Химические реакции по степени завершенности химического процесса
классифицируются на обратимые и необратимые. Большинство реакций
являются обратимыми, т.е. они протекают в противоположных направлениях
и не идут до конца, так как продукты реакции, взаимодействуя между собой,
вновь образуют исходные вещества.
Состояние обратимого процесса, при котором скорости прямой и
обратной реакции равны, называется химическим равновесием (рис. 2.2).
Рисунок 2.2 – Изменение скорости прямой и обратной реакции во времени
Концентрации реагирующих веществ, которые устанавливаются при
химическом равновесии, называются разновесными концентрациями. В
основе химического равновесия лежит равенство скоростей прямой и
обратной реакций. Для количественной характеристики состояния
химического равновесия в системе используется безразмерный параметр константа химического равновесия, которая при заданной температуре равна
отношению константы скорости прямой реакции к константе скорости
обратной реакции:
K равн. =
kпр.
kобр.
9
Выведем, чему равна Кравн. процесса, протекающего в гомогенной
системе:
аА + вВ ↔ сС + dД
В состоянии химического равновесия υпр.= υобр., следовательно, для
обратимого процесса:
k пр [A]ap ⋅ [B ]вp = k обр. [C ]cp ⋅ [ Д ]dp
Отсюда:
[C ]cp ⋅ [ Д ]dp
K равн. =
=
k обр. [ A]ap ⋅ [B ]вp
k пр.
[A]p , [B ]p , [C ]p , [ Д ]p равновесные
, где
концентрации участвующих в реакции
веществ.
Константа химического равновесия обратимого процесса равна
отношению произведения равновесных концентраций конечных
продуктов к произведению равновесных концентраций исходных веществ,
возведенных в степени, равные стехиометрическим коэффициентам в
уравнении химической реакции. Константа равновесия так же, как и
константы скоростей kпр. и kобр., зависит от природы реагентов, температуры
и не зависит от исходных концентраций веществ в системе.
Если обратимая реакция протекает в гетерогенной системе, например,
Fe2O3(кр) + 3CO(г) ↔ 2Fe(кр) + 3СО2(г)
то, поскольку концентрация твёрдой фазы не входит в математическое
выражение скорости реакции, она не будет входить и в математическое
выражение константы равновесия:
K равн. =
[CO2 ]3
[CO ]3
Химическое равновесие остаётся неизменным до тех пор, пока не
изменяются условия (концентрации реагирующих веществ, температура,
давление), при которых оно существует. Изменяя условия, можно сместить
равновесие.
Смещение химического равновесия при изменении условий
определяется принципом Ле Шателье:
Если на систему, находящуюся в равновесии, оказано внешнее
воздействие (изменено какое-либо условие существования равновесия), то
равновесие смещается в таком направлении, чтобы оказанное
воздействие было ослаблено.
Например, в равновесной системе:
10
СаСО3(к) ↔ СаО(к) + СО2(г); ∆Н0=178 кДж
равновесие может быть смещено вправо:
а) повышением температуры - подводимое количество теплоты будет
расходоваться на разложение карбоната кальция; б) понижением давления
(по сравнению с равновесным) – оказанное воздействие будет ослаблено
образованием новых количеств газообразного продукта СО2; в) уменьшением
концентрации СО2 (отводом его из зоны реакции).
3 ТРЕБОВАНИЯ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ
Необходимо соблюдать общие правила работы в химической
лаборатории.
Выполняя опыты, нужно пользоваться растворами только указанной
концентрации соблюдать указанную дозировку.
Во избежание загрязнения реактивов, держать склянки с растворами и
сухими веществами закрытыми, не путать пробки, не высыпать и не
выливать обратно в склянки неиспользованные или частично
использованные реактивы.
С особой осторожностью обращаться с серной кислотой. Кожу или
одежду в случае попадания на них кислоты тщательно промыть водой и
содовым раствором.
При назревании горячей воды на плитке будьте внимательны:
избегайте термических ожогов.
11
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Опыт 1. Зависимость скорости реакции от концентрации одного
из реагирующих веществ
Эта зависимость изучается на примере реакции между Na2S2O3 и
Н2SO4·Na2S2O3 – тиосульфат натрия, соль тиосерной кислоты Na2S2O3.
Реакция протекает в три стадии:
1. Na2S2O3 + H2SO4 = H2S2O3 + Na2SO4
2. H2S2O3 ↔ H2SO3 + S↓
3. H2SO3 ↔ SO2 + H2O
Вторая стадия является наиболее медленной, лимитирует скорости
всего процесса. Отсюда следует, что скорость рассматриваемой реакции
υ = k [H 2 S 2 O3 ] = k [Na 2 S 2 O3 ] = k [H 2 SO4 ]
Признаком реакции является помутнение раствора вследствие
выделения серы.
В этой серии опытов изменяем концентрацию тиосульфата натрия.
Концентрация, серной кислоты и температура опыта остаются постоянными.
Исходные концентрации реактивов 0,2н.
Для получения зависимости υ = f (C Na2 S 2 O3 ) будем изменять
концентрацию исходного раствора тиосульфата натрия, разбавляя его
дистиллированной водой. В первую пробирку нальём 3 мл Na2S2O3
концентрации 0,2н., во вторую пробирку - 2 мл исходного раствора Na2S2O3
и 1 мл дистиллированной воды, в третью - по 1,5 мл исходного раствора
Na2S2O3 и дистиллированной воды, в четвёртую - 1 мл Na2S2O3 и 2 мл воды.
Затем в первую пробирку прильём 3 мл раствора H2SO4. После сливания
растворов пробирку быстро закрываем пробкой и энергично встряхиваем.
Измеряем время протекания реакции Δτ (от момента сливания растворов до
появления опалесценции, свидетельствующей
о начале образования
суспензии серы).
Требуемые объёмы растворов отмеряем при помощи бюреток.
Аналогично измеряем время протекания реакции при приливании раствора
H2SO4 (по 3 мл) в другие пробирки с разбавленными растворами Na2S2O3.
Полученные результаты заносим в таблицу 1.
12
Таблица 1 – Зависимость
концентрации Na2S2O3
№
оп
ы Н2SO4
та
1
2
3
4
Объем, мл
относительной скорости реакции от
Na2S2O3
Н2О
Общий
объем,
мл
3
2
1,5
1
0
1
1,5
2
6
6
6
6
3
3
3
3
Концентр
Na2S2O3,
моль/л
Время
протекания
реакции,
Δτ ,с
Относит.
скорость
реакции,
I / Δτ , I / c
Концентрацию растворов тиосульфата натрия вычисляем следующим
образом.
СН =
С Н исх. ⋅ V р − ра Na S O
2 2
3
Vобщ.
, где
СН исх. – концентрация исходного раствора (0,2 н.);
– объем раствора тиосульфата натрия;
V р − ра
Na2 S 2 O3
Vобщ. – объем после сливания растворов.
При сливании растворов во всех случаях общий объём составляет 6 мл.
Кроме времени протекания реакции Δτ , заносим в таблицу значения
Δ
τ
1/
- относительной скорости реакции.
υ = ΔC / Δτ
Поскольку изменение концентрации во времени мы не определяем, то
фиксируем только 1/ Δτ .
По результатам этой серии опытов строим график зависимости
1/ Δτ = f (CNa2 S 2 O 3 )
1 / Δτ ,1 / C
0
C Na 2 S 2O 3 , моль / л
Делаем вывод.
В выводе отмечают характер полученной зависимости и сравнивают с
той, которую должны были получить в соответствии с законом действующих
масс.
13
Опыт 2. Зависимость скорости реакции от температуры
Зависимость скорости реакции от температуры также изучают на
примере реакции взаимодействия тиосульфата натрия с серной кислотой.
Концентрации растворов Na2S2O3 и H2SO4 остаются во всех опытах
этой серии постоянными 0,2 н. Изменяем температуру, при которой
проводим опыты. Делаем это следующим образом, В две пробирки наливаем
по 3 мл растворов: в одну – Na2S2O3, в другую – H2SO4. Пробирки погружаем
в стакан с горячей водой. Выдерживаем их в горячей воде 2...3 минуты.
Считаем, что температура растворов равна температуре горячей воды в
стакане. После выдержки в горячей воде растворы сливаем, быстро
закрываем пробирку пробкой и энергично встряхиваем до появления
опалесценции. Измеряем время протекания реакции.
Проводим несколько опытов (не менее трёx). Температуру горячей
воды изменяем с интервалом 10°. Первый результат берём из табл.1 для
комнатной температуры (опыт № I). Второй результат получаем при
температуре на 10°С выше, третий - при температуры на 20°С выше
комнатной и т.д. Интервал 10°С оставляем постоянным в целях удобства
вычисления температурного коэффициента скорости реакции.
Полученные результаты заносим в табл.2.
Пользуясь значениями температурного коэффициента скорости
реакции γ 1 , γ 2 , γ 3 , вычисляем значения энергии активации исследуемой
реакции Ea1 , Ea 2 , Ea 3 по уравнению (9), приведенному в разделе 2.2.
Определяем среднее значение энергии активации.
Таблица 2 – Зависимость относительной скорости реакции от
температуры
№ Темпер
о атура
п опыта,
ы 0С
т
а
1
tком
2
tком +100
3
tком +200
4
tком +30
Время
протека
ния
реакции
Δτ , с
Относит
скорость
реакции
I / Δτ ,1 / c
γ -температурный
коэффициент
γ ср -
- Ea.ср
Ea
энергия
среднее
активации
значение
реакции,
энергии
кДж/моль
активации
Ea
среднее
значение
температ
урного
коэффициента
0
По результатам этой серии опытов строим график зависимости
I / Δτ = f (t )
14
1 / Δτ ,1 / c
0
t ,0 C
Делаем вывод.
В выводе отмечают характер полученной зависимости, сравнивают
среднее значение температурного коэффициента с γ =2-4. Температурному
коэффициенту γ =2-4 соответствуют значения энергии активации 50100 кДж/моль. Сравнивают полученное значение энергии активации с данной
величиной.
Опыт 3. Влияние катализатора на скорость реакции
Влияние катализатора на скорость реакции, рассмотрим на примере
процесса взаимодействия раствора роданида железа (III) с раствором
тиосульфата натрия. Раствор роданида железа (Ш) имеет характерное
кроваво-красное окрашивание. При восстановлении железа (Ш) до железа
(П) тиосульфатом натрия наблюдается обесцвечивание раствора.
В две пробирки вносим по 1мл 0,1 н. растворов роданида калия и
хлорида железа (Ш). В результате реакции ионного обмена образуется
Fe(SCN)3.
FeCl3 + 3KSCN ↔ Fe(SCN)3 + 3KCl
Записываем уравнение реакции в молекулярной и ионно-молекулярной
форме.
В одну из пробирок добавляем несколько капель 0,5 н. раствора
сульфата меди. В обе пробирки вносим по 1 мл 0,2 н. раствора тиосульфата
натрия. Наблюдаем различную скорость обесцвечивания растворов.
2Fe(SCN)3 + 2Na2S2O3 → 2Fe(SCN)2 + Na2S4O6 + 2NaSCN.
Делаем вывод.
В выводе объясняем наблюдаемые явления. Какое вещество является
катализатором? В чём состоит сущность действия катализатора?
Опыт 4. Смещение равновесия
Смещение химического равновесия при изменении концентраций
реагирующих веществ исследуется на примере реакции взаимодействия
хлорида железа(III) с роданидом калия:
FeCl3 + 3KSCN ↔ Fe(SCN)3 + 3KCl
В пробирку сливаем по 2 мл разбавленных (0,01 н.) растворов FeCl3 и
KSCN. (Если нет растворов указанной концентрации, то их можно получить
15
разбавлением более-концентрированных растворов). Разливаем полученный
раствор с характерной окраской, которую ему придает Fe(SCN)3 в четыре
пробирки (по 1 мл в каждую). Одна пробирка (первая) будет контрольной, её
используем только для сравнения. Во вторую пробирку добавляем несколько
капель 0,5 н. раствора FeCl3, в третью - несколько капель насыщенного
раствора KSCN, в четвёртую - насыщенный раствор КСl. Наблюдаем за
изменением интенсивности окраски растворов в трёх пробирках.
Отмечаем наблюдения. Во всех трех случаях смещение равновесия
происходит в соответствии с принципом Ле-Шателье.
Делаем вывод.
В выводе объясняем наблюдаемые явления, пользуясь выражением
константы равновесия данной реакции и принципом Ле-Шателье.
5 СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА О РАБОТЕ
Отчет о работе должен содержать:
1. название работы;
2. дату выполнение работы и дату предъявления отчета на
проверку;
3. названия проделанных опытов;
4. уравнения всех проделанных реакций;
5. все экспериментальные данные (таблицы результатов), расчет их и
визуальные наблюдения;
6. исследуемые графические зависимости;
7. выводы.
6 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ
1. Что такое скорость химической реакции?
2. Чем отличаются средняя и истинная скорость реакции?
3. В соответствии с законом действующих масс составьте выражение
для скорости реакции:
а) протекающей в гомогенной системе 2NO + O2 → 2NO2
б) протекающей в гетерогенной системе FeO(к) + CO(г) → Fe(к) + CO2(г)
4. Что такое константа скорости реакции? От каких факторов зависит
её величина?
5. Во сколько раз увеличится константа скорости реакции при
повышении температуры на 40°, если γ =3?
6. При 20°С скорость некоторой реакции равна 0,1 моль/л. Определите
скорость реакции при 70°C, если γ =2.
7. Зависит ли температурный коэффициент скорости реакции от
значения энергии активации? Ответ обосновать.
16
8. Чем объясняется повышение скорости реакции при введении в
систему катализатора:
а) увеличением средней кинетической энергии молекул;
б) уменьшением энергии активации;
в) возрастанием числа столкновений молекул?
9.Какие из перечисленных воздействий приведут
значения константы равновесия химической реакции:
а) изменение температуры;
б) изменение концентраций реагирующих веществ;
в) изменение давления;
г) введение катализатора?
10.Составьте математические выражения
следующих систем:
а) 4HCl(г) + О2(г) ↔ 2Сl2(г) + 2Н2О(г)
б) 3Fe(к) + 4H2O(г) ↔ Fe3O4(к) + 4H2(г)
констант
к изменению
равновесия
11. В каком случае можно однозначно сказать, что при одновременном
повышении температуры и давления в системе равновесие сместиться влево:
∆Н0 = -172,5 кДж;
а) 2СО(г) ↔ СО2(г) + С(к);
∆Н0 = -21,0 кДж;
б) Н2(г) + S(к) ↔ Н2S(г);
в) 2NO2(г) ↔ 2NO(г) + О2(г); ∆Н0 = +122,4 кДж.
12. При некоторой температуре равновесные концентрации в системе
2SO2 + O2 ↔ 2SO3
моль/л;
[O2]p = 0,06
моль/л;
составили:
[SO2]p = 0,04
[SO3]p = 0,02 моль/л.
Вычислите константу равновесия и исходные концентрации диоксида
серы и кислорода.
ЛИТЕРАТУРА
1.Курс общей химии / Под ред. Н.В.Коровина - М.: Высш.шк., 1990.446 с.
2.Васильева З.П., Грановская А.А., Таперова А.А. Лабораторные
работы по общей и неорганической химии,- Л.: Химия, 1986.288 с.
3.Кинетика химических реакций. Химическое равновесие: Метод,
указ/ Сост. О.И.Кочеткова; НПИ, Новгород, 1984.- 34 с.
17
ПРИЛОЖЕНИЕ
Федеральное агентство по образованию
Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого
Кафедра химии и экологии
Лабораторная работа
КИНЕТИКА
Отчет
Работу выполнил студент:
______________________
группа_____
«___»____________200_г.
Работу проверил преподаватель:
________________________
«___»____________200_г.
Великий Новгород
2006
18
Цель работы:...................................................................................................
……………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………..
Ход работы
Опыт № 1. Зависимость скорости реакции от концентрации одного из реагирующих
веществ
Оборудование и реактивы:………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Описание опыта: ……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Таблица результатов:
№
опыта
1.
2.
3.
4.
H2SO4
Объем, мл
Na2S2O3
H2O
Общий
объем,
мл
3
3
3
3
3
2
1,5
1
0
1
1,5
2
6
6
6
6
Концентрация
Na2S2O3
(Cн)
Время
протекания
реакции
∆τ,с
Относительная
скорость
реакции
1/∆τ,1/с
График зависимости 1/∆τ = f (Cн Na2S2O3)
Вывод
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Опыт № 2. Зависимость скорости реакции от температуры.
19
Оборудование и реактивы:……………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Описание опыта: ........................................................................................................................
……………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
№
опы
та
Темпер
атура
опыта,
°С
Время
протека
ния
реакции
, ∆τ
Относитель
ная
скорость
реакции,
1⁄∆τ
Температур
ный
коэффициен
т
γ
Среднее
значение
температур
ного
коэффициен
та
γср
Энергия
активац
ии
реакции
Еа
Среднее
значени
е
энергии
активац
ии
Еа ср
1.
2.
3.
4.
……………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………....
…………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
Таблица результатов
График зависимости 1/∆τ = f (t
Вывод:……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Опыт № 3.Влияние катализатора на скорость реакции.
Оборудование и реактивы:……………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Описание опыта: ........................................................................................................................
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Вывод:……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Опыт № 4. Смещение равновесия.
20
Оборудование и реактивы:…………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Описание опыта:…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………....
…………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
Вывод:…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………....
…………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
21
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................. 3
1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ .................................................................................................... 3
2 ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ........................................... 3
2.1 Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих
веществ .................................................................................................................. 3
2.2 Зависимость скорости реакции от температуры......................................... 5
2.3 Зависимость скорости реакции от катализатора......................................... 7
2.4 Химическое равновесие. Смещение равновесия ........................................ 8
3 ТРЕБОВАНИЯ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ .............................................. 10
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ................................................................. 11
Опыт 1. Зависимость скорости реакции от концентрации одного из
реагирующих веществ ....................................................................................... 11
Опыт 2. Зависимость скорости реакции от температуры .............................. 13
Опыт 3. Влияние катализатора на скорость реакции ..................................... 14
Опыт 4. Смещение равновесия ........................................................................ 14
5 СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА О РАБОТЕ ............................................................. 15
6 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ ...................................................... 15
ЛИТЕРАТУРА ....................................................................................................... 16
ПРИЛОЖЕНИЕ Образец оформления отчета по лабораторной работе ......... 17