Контрольная работа: Скорость химических реакций. Катализ и химическое равновесие
Вывод: порядок реакции n по скоростям, соответствующим двум концентрациям близок к 1.
Опыт 3. Скорость химических реакций в гетерогенных системах
В две пробирки налили соляную кислоту. Затем в одну из них положили кусочек мрамора, а в другую – такой же кусочек, растёртый в порошок. В обеих пробирках проходила реакция:
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2 O + CO2 ↑.
Наблюдалось выделение газа. В пробирке, в которую был насыпан порошок, реакция проходила быстрее. Это объясняется тем, что площадь поверхности, на которой происходило взаимодействие веществ, была больше, чем в пробирке с цельным кусочком мрамора.
Вывод: в гетерогенных системах скорость реакции зависит от площади поверхности реагирующих веществ.
Опыт 4. Гетерогенный катализ.
а) Разложение пероксида водорода H2 O2 происходит и при комнатной температуре, но довольно медленно:
H2 O2 → H2 O + ½O2 .
Процесс разложения можно ускорить введением катализатора MnO2 .
В 2 мл 3%-ного раствора H2 O2 всыпали щепотку оксида марганца (IV). Скорость реакции существенно возросла, наблюдалось бурное выделение пузырьков газа.
б) В пробирку налили серной кислоты, прилили раствор перманганата калия KMnO4 . Полученную смесь разделили по трём пробиркам поровну. В каждую пробирку опустили по кусочку гранулированного цинка. В первую пробирку добавили несколько кристаллов KNO3 , во вторую – в 2-3 раза большее количество нитрата калия, третью оставили для сравнения.
Наиболее быстро обесцвечивание раствора происходило во второй пробирке, в первой обесцвечивание проходило медленнее, в третьей – обесцвечивание было малозаметным. Аналогичным образом происходило и выделение пузырьков газа.
2KMnO4 + 3H2 SO4 + 2Zn → ZnSO4 + K2 SO4 + MnSO4 + 3H2 ↑
Вывод: MnO2 – катализатор в реакции разложения перекиси водорода. KNO3 – катализатор во взаимодействии цинка, серной кислоты и перманганата калия.
Опыт 5. Гомогенный катализ. В предыдущем опыте реакцию разложения пероксида водорода ускоряли гетерогенным катализатором – твёрдым оксидом марганца MnO2 .
H2 O2 → H2 O + ½O2 .
Эта реакция ускоряется также при помощи гомогенного катализатора – комплексного иона – тетра-аммиаката меди [Cu(NH3 )4 ]2+ . Этот катализатор является комплексным, поэтому необходимо исследовать влияние составляющих его компонентов – иона меди и аммиака. С этой целью в одну пробирку нужно налить 2 мл раствора CuSO4 и 0,5 мл H2 O2 , во вторую – 2 мл водного раствора аммиака и 0,5 мл H2 O2 . В обеих пробирках наблюдается образование мелких пузырьков кислорода в результате слабого каталитического действия составляющих комплексное соединение компонентов.
В третью пробирку необходимо прилить 2 мл раствора CuSO4 и добавить водного раствора аммиака до появления комплексного соединения темно-синего цвета:
CuSO4 + 4NH3 ∙H2 O → 4H2 O + [Cu(NH3 )4 ]SO4 .
К полученному раствору катализатора нужно прилить 2 мл 3%-ного H2 O2 . Именно в третьей пробирке будет наблюдаться наиболее интенсивное выделение газа. При этом можно заметить, что катализатор во время реакции не расходуется, а лишь ускоряет течение процесса.
Вывод: [Cu(NH3 )4 ]SO4 также является катализатором при разложении пероксида водорода.
Опыт 6. Сдвиг химического равновесия в гомогенной системе.
Влияние концентрации исходных веществ и продуктов реакции на химическое равновесие в гомогенной системе можно исследовать на примере реакции:
FeCl3 + 3NH4 CNS ↔ Fe(CNS)3 + 3NH4 Cl.
Смешаем в пробирке несколько миллилитров хлорида железа (III) и цианида аммония.
В результате содержимое пробирки окрашивается в тёмно-красный цвет. Полученную смесь разделили на 4 пробирки.
В первую добавили 2-3 капли роданистого аммония. Во вторую прилили немного концентрированного раствора хлорида железа (III). В третью всыпали немного кристаллического хлорида аммония и энергично встряхнули. Изменения цвета отмечены в таблице 3.
Табл. 3.
| Номер пробирки | Добавленное вещество | Изменение цвета раствора | Сдвиг равновесия |
| 1 | NH 4 CNS | темнеет | → |
| 2 | FeCl 3 | не меняется | - |
| 3 | NH 4 Cl (тв.) | светлеет | ← |
В первой пробирке v пр > v обр , во второй - v пр = v обр , в третьей - v пр < v обр .
По реакции с добавлением NH4 CNS роданид железа образуется, что приводит к увеличению его концентрации и потемнению раствора, по реакции с добавлением NH4 Cl (тв.) роданид железа расходуется, что приводит к уменьшению его концентрации и осветлению раствора.
NH4 CNS сдвигает равновесие в сторону прямой реакции, а NH4 Cl (тв.) в сторону обратной.
Выражение для константы химического равновесия:
Вывод: добавление цианида аммония сдвигает химическое равновесие в сторону прямой реакции, твёрдого хлорида аммония – в сторону обратной реакции, хлорида железа (III) не влияет на химическое равновесие.
Опыт 7. Влияние температуры на химическое равновесие
В пробирку налили 2 мл раствора аммиака и добавили 2 капли фенолфталеина. Пробирку нагрели. В результате изменения температуры раствор посветлел. Из-за повышения температуры часть раствора аммиака испарилась, следовательно, его концентрация уменьшилась. Нагревание сдвинуло равновесие в сторону обратной реакции.