Подготовка к работе
Изучите теоретические вопросы и пример решения типовой задачи:
▪ суть понятий: термодинамическая система, внутренняя энергия, энталь-
пия, энтропия и изобарно-изотермический потенциал;
▪ критерий самопроизвольного протекания химического процесса в изо-
барно-изотермических условиях;
▪ скорость химических реакций и факторы, влияющие на нее;
▪ необратимые и обратимые химические реакции; химическое равновесие;
▪ константы скорости и равновесия, их физический смысл;
▪ условия, определяющие смещение химического равновесия, принцип
Ле Шателье.
Типовая задача
Как изменится скорость реакции образования аммиака
N2 (газ) + 3 H2(газ) → 2 NH3 (газ),
если первоначальную концентрацию водорода увеличить в три раза?
Решение. Запишем кинетическое уравнение реакции:
υ = k с (N2) · (с (Н2))3.
При увеличении концентрации водорода в три раза кинетическое уравнение примет вид
υ/ = k с (N2) · (3с (Н2))3.
Отношение υ/ к υ показывает, во сколько раз увеличится скорость реакции:
Рабочее задание
Задание 1. Зависимость скорости реакции от концентрации
Реагирующих веществ
Докажите возможность протекания процесса
Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + H2SO3 + S
при стандартной температуре, то есть температуре, близкой к комнатной.
Согласно теории электролитической диссоциации вышенаписанное уравнение может быть представлено в полном и кратком молекулярно-ионном виде соответственно следующим образом:
2 Na+ +S2O32- + 2 H++SO4 2- = 2 Na+ +SO42-+H+ +НSO3- + S
S2O32- + H+ = НSO3- + S
Рассчитайте rG, воспользовавшись формулой (7.2), и сделайте вывод о возможности протекания процесса. Термодинамические характеристики, необходимые для расчета, приведены ниже (табл. 7.1)
Таблица 7.1
Значения термодинамических параметров
-
Вещество
fН0298 ,кДж/моль
S0298, Дж/(моль К)
S2O32-
–389
94
НSO3-
–628
132
H+
0
0
S
0
32
Убедившись в принципиальной возможности протекания процесса взаимодействия тиосульфата натрия с серной кислотой, изучите влияние концентрации тиосульфата (Na2S2O3) на скорость химической реакции.
Признаком протекания реакции является помутнение раствора вследствие выделения серы.
В штативе закреплены три бюретки, в которых налиты: в одну раствор Na2S2O3, в другую раствор H2SO4 , в третью дистиллированная вода. Приведите бюретки в рабочее состояние, установив уровень жидкости в них на определённом целом делении.
Опыты проводятся в соответствии с табл. 7.2, которую начертите в рабочей тетради.
Таблица 7.2
Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ
-
Номер
пробирки
Объем раствора, мл
Время
помутнения
τ, с
Относительная
скорость реакции
υ = 1: τ, с-1
Na2S2O3
H2O
H2SO4
1
1
2
1
2
2
1
1
3
3
−
1
В три пробирки из бюретки налейте соответственно 1, 2, 3 мл раствора тиосульфата натрия, затем в первую пробирку добавьте 2 мл дистиллированной воды, во вторую – 1 мл, в третью воды не добавляйте. Таким образом, имеем три раствора с увеличивающейся концентрацией Na2S2O3.
Заметив время, в первую пробирку прилейте 1 мл раствора серной кислоты, содержимое перемешайте и, наблюдая на темном фоне в проходящем свете, отметьте время помутнения раствора. Время (с), прошедшее от момента приливания кислоты (начало реакции) до помутнения, внесите в таблицу. Содержимое пробирки вылейте и пробирку вымойте водой. Аналогично выполните опыт со второй и третьей пробирками.
Рассчитайте относительную скорость реакции (υ = 1: τ, с-1) и представьте результаты эксперимента в виде графика, отложив по абсциссе объем раствора тиосульфата (концентрация), по ординате – относительную скорость реакции.
Рис. 7.1. График зависимости относительной скорости реакции
от концентрации Na2S2O3
Сделайте вывод о влиянии концентрации реагирующих веществ на скорость химической реакции.
Задание 2. Влияние температуры на скорость химической реакции
Зависимость скорости реакции от температуры изучите также на примере взаимодействия тиосульфата натрия с серной кислотой. Объёмы растворов возьмите такие же, как в первой пробирке предыдущего опыта.
В стакан с водой комнатной температуры (Т1) поместите исходные растворы в пробирках. Приготовьте водяную баню с температурой на 20 0С выше (Т2) и выдержите в ней исходные растворы 5–7 минут. Проведите реакции и рассчитайте относительную скорость. Результаты внесите в табл. 7.3.
Таблица 7.3