Лабораторная работа № 12 Кинетика химических реакций. Теория

Кинетика – наука о скорости химических реакций. Скоростью химической реакции называют изменение концентра­ции реагирующего вещества в единицу времени. Скорость реакции зависит от ряда факторов: природы реагирующих веществ, концентрации реагирующих веществ, темпе­ратуры, наличия катализатора.

1) Зависимость скорости реакции от концентрации выражается законом действующих масс: при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению кон­центраций реагирующих веществ, взятых в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам. Например, для реакции

Н₂(г) + I₂ (г) → 2HI(г)

закон действующих масс может быть записан

где, — скорость химической реакции, моль/л.с;— константа скорости; и молярные концентрации водорода и йода, соответственно, моль/л.

Реакции в гетерогенной системе осуществляются на поверхности раздела между фазами. Поэтому скорость гетерогенных реакций при постоянной температу­ре зависит не только от концентрации веществ, но и от площади поверхности раздела. Так, для реакции:

С(к) + О₂(г) → СО₂(г)

закон действующих масс имеет вид где- константа скорости;- концентрация кислорода;S - площадь поверхности раздела между фазами.

2) Зависимость скорости реакции от температуры выражается правилом Вант-Гоффа:

где v₁ и v₂ скорости реакции при Т₂ и Т₁, - температурный коэффициент, показывающий, во сколько раз увеличивается скорость реакции при повышении температуры на 10^оС.

3) Одним из методов ускорения химической реакции является катализ, который осуществляется при помощи веществ (катализаторов), увеличивающих скорость реакции, но не расходующихся в результате ее протекания.

Механизм действия катализатора сводится к уменьшению величины энергии активации реакции, т.е. к уменьшению разности между средней энергией активных молекул (активного комплекса) и средней энергией молекул исходных веществ. Скорость химичес­кой реакции при этом увеличивается.

Лабораторная работа № 13

Кинетика химических реакций.

Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ. (Определение константы скорости, и порядка реакции разложения тиосульфата натрия);

Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ изучают на примере взаимодействия тиосульфата натрия с серной кислотой:

Nа₂S₂О₃ + Н₂S0₄ = S0₂+ Nа₂S0₄ + H₂O + S

Признаком реакции является помутнение раствора вследствие выделения серы.

Рассматриваемая реакция взаимодействия серной кислоты с тиосульфатом натрия в условиях эксперимента осуществляется при постоянной концентрации серной кислоты, поэтому её кинетическое уравнение можно упростить и записать в виде:

,

где ;

[В] – концентрация Н₂SO₄, моль/л;

[А] – концентрация тиосульфата натрия, моль/л.

Измеряя τ – время начала помутнения раствора (опалесценции) можно построить график в координатах .

Здесь необходимо все концентрации перевести в моль/л по уравнению:

С_М = m*100/(M*V)

Как видим , и

Цель работы: изучение скорости химической реакции и ее зависимости от концентрации.

Оборудование и реактивы: химический стакан, штатив с пробирками, лучина, дистиллированная вода, 1,0 н, раствор H₂SO₄, 0,05 н раствор Na₂S₂O₃, мел.

Опыт №1. Заполните три бюретки: первую – 1н раствором Н₂S0₄, вторую – 0,05 н раствором Nа₂S₂О₃, третью — водой. Приведите бюретки в рабочее положение.

Налейте в три пробирки из бюретки по 1 мл Н₂S0₄. В другие три пробирки из бюреток налейте: в первую — 1 мл раствора Nа₂S₂О₃ и 2 мл воды; во вторую –2 мл раствора Nа₂S₂О₃ и 1 мл воды; в третью – 3 мл раствора Nа₂S₂О₃ и 0 мл воды.

Заметив время, в первую пробирку прилейте из пробирки 1 мл отмеренного раствора серной кислоты и быстро перемешайте полу­ченную смесь. Отметьте время начала помутнения раствора. Проделайте то же самое с двумя оставшимися пробирками.

Так как мы наблюдаем и фиксируем начала помутнения одинаковых объемов растворов, то можно полагать, что во всех случаях за разные промежутки времени накапливается одинаковое количества серы. Следовательно: ; так как, то,

где: где v – скорость реакции (), τ – время протекания реак­ции до начала помутнения раствора, с; n- порядок реакции.

Рассчитайте v для второго и третьего случаев, учитывая, что скорость реакции и время протекания реакции до начала по­мутнения раствора обратно пропорциональны. Следовательно:

где v₁ – скорость реакции в первом случае (v₁ = 1); v₂ – скорость реакции во втором (третьем) случае; τ₁ – время протекания реак­ции до начала помутнения раствора в первом случае, с; τ₂ – время протекания реакции до начала помутнения раствора во втором случае, с.

Результаты опыта внесите в таблицу 1.

Таблица 1.

№ п/п	Объем, мл			Относи-тельная концен-трация	Время начала помут-нения, , с	Относит. скорость реакции , с-1
	H2S04	Н2О	Na2S2O3
1	1	2	1	1
2	1	1	2	2
3	1	0	3	3

Постройте график зависимости отпо уравнению:

Рисунок 1. График зависимости от.

Из графика №1 модно вычислить константу скорости как К=10^а и порядок этой реакцииr как , где а- величина отрезка, отсекаемого прямой оси ординат, а-угол наклона этой линии по отношению оси абсцисс.