165953 (582574), страница 2
Текст из файла (страница 2)
n1 = 1,1375; n2 = 0,8797; nср = 1,008 ≈ 1.
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 + H2O + 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 H2O2 происходит и при комнатной температуре, но довольно медленно:
H2O2 → H2O + ½O2.
Процесс разложения можно ускорить введением катализатора MnO2.
В 2 мл 3%-ного раствора H2O2 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 + 3H2SO4 + 2Zn → ZnSO4 + K2SO4 + 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.
H2O2 → H2O + 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 H2O2, во вторую – 2 мл водного раствора аммиака и 0,5 мл H2O2. 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∙H2O → 4H2O + [Cu(NH3)4]SO4.
К полученному раствору катализатора нужно прилить 2 мл 3%-ного H2O2. 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 + 3NH4CNS ↔ Fe(CNS)3 + 3NH4Cl.
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 | NH4CNS | темнеет | → |
| 2 | FeCl3 | не меняется | - |
| 3 | NH4Cl (тв.) | светлеет | ← |
В первой пробирке vпр > vобр, во второй - vпр = vобр, в третьей - vпр < vобр.
По реакции с добавлением NH4CNS роданид железа образуется, что приводит к увеличению его концентрации и потемнению раствора, по реакции с добавлением NH4Cl (тв.) роданид железа расходуется, что приводит к уменьшению его концентрации и осветлению раствора.
NH4CNS сдвигает равновесие в сторону прямой реакции, а NH4Cl (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.
Вывод: Нагревание сдвинуло химическое равновесие в сторону обратной реакции.
Основные выводы:
В результате проделанных опытов мы убедились в том, что на скорость химических реакций оказывают влияние множество факторов, таких как температура, давление, концентрация реагирующих веществ, наличие катализатора, площадь поверхности и т.д. Кроме того, вышеперечисленные факторы способны влиять на смещение химического равновесия в сторону прямой или обратной реакции.
Контрольные вопросы
1. Составить уравнения скоростей реакций:
2N2O3 + O2 ↔ 2N2O4;
vпр =k1a2b; vобр =k2c2.
2Me + O2 → 2MeO;
v =k·a2b.
2. Как изменится скорость реакции CO +H2O → CO2 + H2, протекающей в закрытом сосуде при T=313˚С, если давление увеличить в четыре раза.
Решение:
увеличение давления в 4 раза равносильно увеличению молярных концентраций веществ в 4 раза.
v1 = k·(4a)(4b)=16v.
Скорость реакции возрастёт в 16 раз.
3. Реакция окисления NO выражается следующим уравнением:
2NO + O2 → 2NO2.
Начальная концентрация NO равна 0,3 моль/л, а кислорода – 0,15 моль/л. Как изменится скорость реакции, если увеличить концентрацию NO до 1,2 моль/л, а кислорода – до 0,6 моль/л.
Решение:
Скорость реакции до изменения параметров:
v1 = k (0,3)2(0,15) = 0,0135.
Скорость реакции после изменения параметров:
v2 = k(1,2)2(0,6) = 0,864.
v2/v1 = 64.
Скорость реакции возрастёт в 64 раза.
4. При нагревании водорода и йода в закрытом сосуде до 444˚С обратимо протекает реакция по уравнению H2 + I2 ↔ 2 HI.
Равновесная смесь при этой температуре содержит 5,64 моль HI, 0,12 моль I2 и 5,28 моль H2. Вычислим константу равновесия реакции и исходные концентрации водорода и йода.
Решение:
Так как реакция проходит в закрытом сосуде, можно записать:
с1:c2:c3 = N1:N2:N3.
По закону сохранения массы:
0,12 моль·2 г/моль + 5,28 моль·254 г/моль +5,64 моль·2·128 г/моль = X·2 г/моль +Y·254 г/моль.
0,12/X=5,28/Y,
где X – количество водорода, Y – количество йода.
Решив систему уравнений, получим:
X=0,25 моль, Y=10,96 моль.
Концентрации соответственно равны 0,25 моль/л и 10,96 моль/л.
5. Константа равновесия реакции
CH3COOH + C2H5OH ↔ CH3COOC2H5 + H2O
при некоторой температуре равна 4. Определить состав смеси при равновесии, если в реакцию введены 1 моль кислоты и 2 моль спирта.
На основании закона сохранения массы:
60 г/моль·1 моль+ 34 г/моль·2 моль = 60 г/моль·A моль + 34 г/моль·2·B моль + 88 г/моль·C моль+18 г/моль·D моль, где А, В, С, D – количества веществ после реакции.
На основании данных задачи:
4 = AB/CD; B =2A;
88/C = 18/D.
Решив систему уравнений, получим:
A = 0,6 моль; B = 1,2 моль; C = 1,34 моль; D = 0,274 моль.
Ответ: 0,6 моль CH3COOH, 1,2 моль C2H5OH, 1,34 моль CH3COOC2H5, 0,274 моль H2O.
6. Константа равновесия Kp реакции синтеза аммиака
N2 + 3H2 ↔ 2NH3
при 350˚С равна 2,32·1013. Вычислить Kc при этой температуре.
Решение:
T = 623 K;
Kc = Kp/(RT)6 = 2,32·1013/(8,314·623)6 = 1,2·10-9.
Ответ: Kc = 1,2·10-9.
7. При 550˚С и 1,01325·105 Па степень диссоциации фосгена на оксид углерода и хлор равна 77%. Реакция протекает по уравнению
COCl2 ↔ CO +Cl2.
Определить Kp и Kc, если исходная концентрация фосгена 1 кмоль/м3.
Решение:
T = 823 K.
После реакции концентрация фосгена стала равной 0,23 кмоль/м3, а концентрации углекислого газа и хлора стали равными 0,77 кмоль/м3.
Следовательно, Kp = (0,23 + 0,77 + 0,77)· 1,01325·105 = 1,79·105;
Kc = Kp/(8,314·823)3 = 5,59·10-7.
Ответ: Kc = 5,59·10-7; Kp = 1,79·105.
18
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
