Зависимость скорости реакции от температуры

Температура опыта, 0С	Время помутнения раствора , с	Относительная скорость реакции υ=1/, с-1	Температурный коэффициент
			экспериментальный	теоретический
t1 = t2 =				1,8

По экспериментальным данным рассчитайте увеличение скорости реакции, а затем температурный коэффициент по уравнению (4.2).

Сравните полученное значение температурного коэффициента с теоретическим, равным 1,8. Сделайте вывод о зависимости скорости реакции от температуры.

4.3.3. Определение состояния термодинамического равновесия в системе и направленности химического процесса

В определенных условиях возможна реакция превращения красно-бурого диоксида азота в бесцветный N₂O₄:

2NO₂ ↔ N₂O₄

красно-бурый бесцветный

Пользуясь значениями термодинамических функций, приведенных в табл. 11, рассчитайте:

Таблица 11

Термодинамические функции

Вещество	Η0298, кДж/моль	S0298, Дж/моль·К
NO2 N2O4	33,9 9,4	240 304

1. тепловой эффект реакции при стандартных условиях Η⁰₂₉₈ и напишите термохимическое уравнение процесса;

2) изменение энтропии реакции S⁰₂₉₈;

3) изменение энергии Гиббса реакции G⁰₂₉₈. Определите направленность химического процесса при стандартных условиях;

4. температуру, при которой в системе наступит состояние термодина-

мического равновесия, помня, что термодинамическим условием состояния равновесия является равенство нулю G₂₉₈, т.е.

Н⁰_{298,реакц.}  Т·S⁰_{298,реакц.}=0;

Т = Н⁰_{298,реакц.} /S⁰_{298,реакц.} К;

5) при какой температуре химический процесс пойдет в обратном направлении;

6) охарактеризуйте направленность процесса при температуре 80 ⁰С, рассчитав соответствующие значение G_{реакции}.

Рассчитайте константу равновесия К при температурах 25 ⁰С и 80 ⁰С, воспользовавшись соотношением

G_{реакции} = -RTlnK,

устанавливающим связь между энергией Гиббса (G_{реакции}) и константой равновесия К. По величине константы равновесия определите, какая из реакций: прямая или обратная – идет с большей скоростью при температурах 25 ⁰С и 80 ⁰С.

Как будет влиять увеличение и уменьшение температуры по сравнению с равновесной на увеличение выхода NO₂ и N₂O₄?

4.3.4. Влияние температуры на смещение химического равновесия

4.3.4.1. Получите диоксид азота по описанной ниже методике, в большую пробирку с отводной трубкой насыпьте немного медной стружки и налейте 1-1,5 мл концентрированной азотной кислоты. Соберите диоксид азота (NO₂) в термостойкую колбочку на 25-50 мл, закройте её плотно пробкой.

По изменению окраски газа в колбочке можно судить о смещении равновесия вправо (бледнеет окраска) – увеличение равновесной концентрации продукта реакции (N₂O₄), влево (темнеет окраска) – увеличение равновесной концентрации исходного вещества (NO₂).

Реакция превращения одного газа в другой происходит по уравнению

2NO₂ ↔ N₂O₄

красно-бурый бесцветный

Опустите колбочку, содержащую газообразную систему, в стакан с горячей водой (75-80 ⁰С). Наблюдайте за изменением окраски. Отметьте наступление в системе состояния равновесия. Что свидетельствует об этом?

Перенесите колбочку в заранее подготовленный стакан с ледяной водой. Отметьте наблюдаемый эффект и наступление состояния равновесия при этой температуре.

Равновесная концентрация какого из газов увеличивается при высокой и при низкой температурах?

Повторите нагревание и охлаждение системы (содержащейся в закрытой колбочке) несколько раз. Является ли процесс обратимым? Следует ли система за изменяющимися условиями? Являются ли равновесия при t = 0 ⁰С и t = 80 ⁰С истинными?

Сделайте вывод о том, как надо изменить температуру, чтобы сместить равновесие в системе вправо (больше получить N₂O₄), влево.

4.3.4.2. Рассмотрите влияние температуры на смещение равновесия на примере реакции взаимодействия йода с крахмалом, продуктом которой является комплекс, имеющий синюю окраску.

Схематически представим реакцию следующим образом:

(C₆H₁₀O₅)_n + mI₂ ↔ (C₆H₁₀O₅)_n mI₂

крахмал йод комплекс синего цвета

По изменению окраски раствора можно судить о смещении равновесия: вправо (синяя окраска), когда происходит увеличение равновесной концентрации продуктов реакции, или влево (окраска практически исчезает) – происходит возрастание равновесной концентрации исходных веществ.

Возьмите пробирку, налейте в неё 1-2 мл йода, добавьте 1 мл воды и капните 2-3 капли крахмала. Обратите внимание, на окраску растворов йода и крахмала, а продукт реакции имеет синюю окраску.

Что свидетельствует о том, что в системе установилось состояние равновесия?

Нагрейте пробирку с раствором, а затем охладите её, опустив в стакан с водой, следите за изменением окраски.

Сделайте вывод и обоснуйте:

1. Какой из процессов (прямой или обратный) сопровождается поглощением, выделением тепла? Как называются соответствующие процессы по тепловому эффекту?

2. Как надо изменить температуру, чтобы сместить равновесие вправо, влево?