Материал: 134126

Методические указания разработаны кандидатом химических наук, доцентом кафедры Тумасьевой И.Г.

Рецензент: к.ф.-м.н., доцент кафедры Тверской ГСХА Некрасова Г.М.

Методические указания одобрены и рекомендованы к изданию кафедрой агрохимии и земледелия (протокол № ___ от «___»____________ 2016 г.) и методической комиссией технологического факультета Тверской ГСХА (протокол №___ от «___»____________ 2016 г.)

Лабораторная работа №1

Установление зависимости скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ.

Цель работы - изучение скорости химической реакции и ее зависимости от различных факторов: концентрации, температуры, катализатора. Изучение влияния концентраций веществ на химическое равновесие и его смещение.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

Раздел химии, изучающий скорость и механизм химических реакций, а также их зависимость от различных факторов (концентрации, температуры, природы реагирующих веществ, присутствия катализатора, давления и т.д.), называется химической кинетикой. Химические реакции протекают с самыми различными скоростями. Многие реакции – взрывы смесей газов – протекают практически мгновенно. Но с другой стороны химические реакции в почвах, в горных породах, коррозия металлов протекают десятки и сотни лет.

Если взаимодействующие вещества и продукты реакции находятся в одинаковом агрегатном состоянии, то такая реакционная система называется гомогенной (однофазной). Например:

2NO(газ) + О2(газ) = 2NO2(газ)

Реакционная система, состоящая из двух и более фаз, называется гетерогенной и в ней всегда есть поверхность раздела. Например:

Zn(тв.) + HCl(ж) ZnCl2(ж) + Н2(газ)

Скорость реакции - это изменение количества реагирующего (исходного) вещества или получающихся веществ (продуктов) в единицу времени в единице реакционного пространства. В гомогенных реакциях

таким пространством является объем реакционного сосуда, в гетерогенных – поверхность раздела, на которой протекает реакция. Средняя скорость гомогенной реакции за промежуток времени Dt:

Если изменение концентрации относят к бесконечно малому промежутку времени (Dt®0), то говорят об истинной скорости

(2)

Т. е. истинная скорость определяется как первая производная от концентрации по времени.

С - молярная концентрация (моль/л)

t - время (чаще в секундах, возможно в минутах, часах и др.)

DС = С2 - С1; С2. и С1. – конечная и начальная концентрация исходных веществ или продуктов реакции.

Скорость химических реакций зависит от факторов: природы реагирующих веществ; от их концентрации; от температуры; от присутствия катализаторов.

Влияние природы реагирующих веществ на скорость реакции можно наблюдать на примере взаимодействия фтора с водородом – реакция идет с взрывом, даже в темноте, и хлора с водородом – реакция идет медленно, даже на свету.

Зависимость скорости реакции от концентрации определяется законом действия масс (з.д.м.): при постоянной температуре скорость химической реакции пропорциональна произведению концентрации реагирующих веществ, возведенных в степени равным их стехиометрическим коэффициентам.

Для гомогенной системы mA + nB pC + gD кинетическое уравнение имеет вид:

где - константа скорости, (коэффициент пропорциональности), зависящая от природы реагирующих веществ и температуры.

При . В этом физический смысл константы скорости. Эта величина специфична для каждой реакции.

Если процесс идет стадийно, то его скорость определяется скоростью самой медленной стадии. Так, используемая в опытах 1 и 2 реакция, описываемая общим уравнением

Na2S2O3 + H2SO4 Na2SO4 + SO2 + H2O + S¯,

протекает в три стадии:

1. Na2S2O3 + H2SO4 =

H2S2O3 +Na2SO4

2. H2S2O3 = H2SO3 + S ¯

3. H2SO3 = SO2 + H2O,

из которых реакции первой и третьей стадий идут практически мгновенно, а реакции второй стадии – медленно. Именно она и определит скорость суммарного процесса, т.е. будет зависеть только от концентрации тиосерной кислоты Н2S2O3, количество которой пропорционально количеству тиосульфата натрияNa2S2O3 при наличии избытка серной кислоты. Таким образом, уравнение скорости реакции запишется: