Основные закономерности протекания химических реакций

Скорость химической реакции. Химическое равновесие.»

Опыт 1. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ.

Взаимодействие тиосульфата натрия с серной кислотой в водном растворе протекает по уравнению

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + SO₂ + S↓ + H₂O.

а) пробирка 1 мл 0, 5 н серной кислоты и 5 мл 0, 05 н раствора тиосульфата натрия – 2 минуты

б) пробирка 1 мл 0, 5 н серной кислоты и 5 мл 0, 2 н раствора тиосульфата натрия – 54 сек.

О скорости реакции судят по времени от момента сливания исходных реагентов до помутнения раствора, вызванного появлением коллоидной серы.

Вывод: Скорость химической реакции увеличивается с концентрацией реагирующих веществ.

Опыт 2. Влияние катализатора на скорость химических реакций.

а) гомогенный катализ

провести реакцию:

3NH₄CNS + FeCl₃ = Fe(CNS)₃ + 3NH₄Cl.

^{3 мл 3 мл роданид хлорид}

^{насыщ. рас-ра насыщ. рас-ра железа аммония}

^{роданида аммония хлорида железа}

Реакцию провести в двух пробирках.

В обе пробирки прилить тиосульфата натрия

 

2Fe(CNS)₃ + 2Na₂S₂O₃ = Na₂S₄O₆ + 2NaCNS + Fe(CNS)₂.

^{роданид тиосульфат тетратионат роданид роданид}

^{железа(III) натрия натрия натрия железа(II)}

В одну пробирку добавить 2 капли сульфата меди – катализатора.

Скорость обесцвечивания растворов за счет восстановления иона железа (III) до иона железа (II) тиосульфатом разная.

Вывод: Катализатор CuSO₄ и реагирующие вещества находятся в одной фазе. Реакция протекает во всем объеме.

б) гетерогенный катализ

разложение перекиси водорода в присутствии оксида марганца (IV)

_MnO2

2 Н₂О₂ 2Н₂О + О₂

^{3% раствор}

^{2 мл}

Вывод: катализатор MnO₂ и перекись водорода находятся в различных фазах. Реакция протекает на поверхности раздела фаз.

Опыт 3. Влияние концентрации реагирующих веществ на химическое равновесие.

Исследуемое уравнение химической реакции

3NH₄CNS + FeCl₃ Fe(CNS)₃ + 3NH₄Cl

^{5 мл 5 мл}

^{разб. р–р разб. р–р}

Полученный окрашенный раствор разлить в 4 пробирки и добавить в одну из пробирок

а) несколько капель насыщенного раствора FeCl₃

б) несколько капель насыщенного раствора NH₄CNS

в) несколько капель насыщенного раствора NH₄Cl

г) пробирка для сравнения

Вывод: происходит изменение окраски растворов в пробирке, согласно принципа Ле-Шателье: «Если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии оказывать внешнее воздействие, то равновесие смещается в направлении, в котором эффект воздействия уменьшается».

Так увеличение концентрации исходных веществ (Т, Р = const) смещает равновесие в сторону образования конечных продуктов (опыт а, б), увеличение концентрации продуктов реакции (опыт в) – в сторону образования исходных веществ.

Из выражения для константы равновесия

Kс =

видно, что изменение концентрации одного из реагирующих веществ нарушает равновесие;

изменение концентрации Fe(CNS)₃ и NH₄Cl вызывает более значительное смещения равновесия, чем изменение концентрации NH₄CNS и FeCl₃.

 

Опыт 4. Влияние температуры на химическое равновесие

Исследуемая реакция:

крахмал + I₂ окрашенное вещество; ∆ Hх.р. < 0

^{2-3 мл р-ра несколько непрочное вещество}

^{капель сложного состава}

^{йодной синего цвета}

^воды

при нагревании окраска раствора бледнеет и совсем исчезает, а при охлаждении снова восстанавливается.

Вывод: фактором, определяющим направление смещения равновесия при изменении температуры, является знак теплового эффекта реакции. Повышение температуры сдвигает равновесие в сторону эндотермической реакции (∆ Hх.р. > 0); окраска исчезает, а повышение – в сторону экзотермической реакции (∆ Hх.р. < 0) – появление окрашенного вещества.