Работа №16. Зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ.

(По указанию преподавателя студент должен выполнить один из 3-х опытов).

1. Взаимодействие тиосульфата натрия с серной кислотой. Эта реакция в водных растворах протекает с образованием нерастворимой суспензии свободной серы.

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ = SЇ + …(допишите)

Скорость появления мути свободной серы зависит от кон­центрации реагирующих веществ и температуры. При исследовании зависимости скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ температура раствора должна быть постоянной.

Выполнение работы:

В четыре одинаковые пронумерованные стаканы (или пробирки) налить по 5 мл 2,5%-ного раствора серной кислоты, в четыре других налить растворы в следующем порядке:

в первый — 5 мл 5%-ного раствора тиосульфата натрия + 15 мл Н₂О,

во второй - 10 мл 5%-ного раствора тиосульфата натрия + 10 мл Н₂О,

в третий - 15 мл 5%-ного раствора тиосульфата натрия + 5 мл Н₂О,

в четвертый – только 20 мл 5%-ного раствора тиосульфата натрия

Таблица

Объем раствора точно отмерить бюреткой и быстро слить их попарно (прилить раствор тиосульфата натрия к раствору серной кислоты). Отчитать время по секундомеру с момента сливания до появления во всех опытах одинаковой плотности суспензии серы. Одинаковую плотность мути отметить по исчезновению какого-либо рисунка (например, сетки на дне или с боку стакана) наблюдаемого через слой раствора. Результаты наблюдений записать в следующую таблицу (для остальных опытов аналогично).

Задание ко всем опытам: см. п. 3.

2. Взаимодействие йодата калия с сульфитом натрия в сернокислой среде. Реакция йодата калия с сульфитом натрия в сернокислой среде идет с выделением свободного йода, который дает с крахмалом синее окраши­вание. Скорость появления синей окраски в растворе зави­сит от концентрации реагирующих веществ, если считать, что температура опыта остается постоянной.

Процесс окисления сульфита натрия йодатом калия выражается общим уравнением:

2КJO₃+5Na₂SO₃+H₂SO₄ = J₂+5Na₂SO₄ + К₂SO₄ + H₂O (1)

Указанная реакция протекает ступенчато по уравнениям:

КJO₃ + 3Na₂SO₃ = КJ + 3Na₂SO₄

или в ионной форме: JO₃^-+3SO₃^2- = J^-+3SO₄ (2)

После полного окисления сульфита натрия (конец реакции (1)) образовавшийся йодид калия вступает во взаимодействие с непрореагировавшим йодатом калия:

КJO₃+5КJ+ 3H₂SO₄ = 3J₂ + 3К₂SO₄+3H₂O (3)

или в ионной форме JO₃^- + 5 J^- + 6 Н⁺ = 3 J₂ + 3H₂O

Выделяющийся молекулярный йод образует с присутствующим в растворе крахмалом соединение, окрашивающее раствор в синий цвет. Появление синей окраски указывает на начало второй реакции и на конец первой. Может ли появиться свободный йод в присутствии Na₂SO₃? Так как реакция окисления сульфита йодатом протекает довольно медленно, время ее протекания можно измерить с помощью секундомера, считая началом реакции момент приливания сульфита натрия к раствору йодата калия, а концом - появление синей окраски.

Выполнение работы:

В четыре одинаковых пронумерованных стакана (или пробирки) налить по 10 мл 0,5%—ного раствора Na₂SO₃, подкисленного сер­ной кислотой, и добавить 3—4 капли раствора крахмала, а в четыре других налить растворы в следующем порядке:

в первый - 5 мл 0,5%-ного раствора KJO₃+ 15 мл Н₂О,

во второй - 10 мл 0,5%-ного раствора KJO₃ + 10 мл Н₂О,

в третий - 15 мл 0,5%-ного раствора КJO₃ + 5 мл Н₂О,

в че­твертый - только 20 мл 0,5%-ного раствора KJO₃.

Объемы растворов отмерить бюреткой и быстро слить их попарно растворы Na₂SO₃ и КJO₃) и отсчитать время по секундомеру с момента смешения до появле­ния синего окрашивания в каждом стакане. Результат запи­сать в таблицу, приняв Na₂SO₃ (а), КJО₃(б), Н₂0 (в).

Задание : см. после опыта3.

Таблица

3. Взаимодействие иодида калия с пероксидом водорода в кислой среде. Иодид-ион окисляется в кислой среде пероксидом водорода до свободного иода, который окрашивает крахмал в синий цвет. Зависимость появления окраски инди­катора—крахмала от концентрации реагирующих веществ может быть измерена во времени.

Выполнение работы:

В четыре пробирки налить растворы в следующем порядке:

в первую: 2 мл р-ра KJ+ 2мл р-ра Н₂SО₄ +. 6 мл Н₂О;

во вторую: 4мл р-ра КJ + 2 мл р-ра H₂SO₄ + 4 мл Н₂О;

в третью - 6 мл р-ра КJ+ 2 мл р-ра Н₂SO₄ + 2 мл Н₂О;

в четвертую - только 8 мл р-ра КJ + 2 мл р-ра H₂SO₄.

Таблица

Во все пробирки прилить по 1 мл раствора крахмала. За­тем в каждую пробирку добавить по 2 мл 3%-ного раствора H₂O₂. Заметить начало появления синего окрашивания и записать в таблицу, приняв H₂SO₄ (а), КJ (б), Н₂О₂ (в).

Задание (ко всем опытам): Написать уравнения реакций. Изобразить полученные результаты графически на миллиметровой бумаге (размером 10^.10 см). Ось абсцисс - условная концентрация од­ного из компонентов (б), а ось ординат - условная ско­рость реакции (V), Масштабы следует выбрать таким обра­зом, чтобы наибольшие значения величин по оси ординат и по оси абсцисс были бы одинаковыми, примерно на расстоя­нии 6—8 см от начала координат.

Как зависит скорость химической реакции от концентра­ции реагирующих веществ? Каким законом выражается эта зависимость? Написать математическое выражение скорости этой реакции. Из уравнения скорости реакции определить, должна ли полученная кривая проходить через начало коор­динат.