Опыт 6. Селитра как окислитель

В сухой пробирке, укрепленной в вертикальном штативе, расплавьте 1-2 г нитрата калия и бросьте в расплав небольшой кусочек древесного угля. Если кусочек угля сразу не загорится, то осторожно нагрейте пробирку сильнее. После того, как уголек сгорит, охладите пробирку и растворите ее содержимое в воде. Добавьте соляной кислоты. Обратите внимание на выделение газов СО₂ и N₂.

Объясните, почему уголек подпрыгивает в пробирке при сгорании. Напишите уравнение реакции, учитывая, что азот в нитрате калия восстанавливается до свободного состояния N₂, углерод до СО_2, а калий образует карбонат. Укажите окислитель и восстановитель. Расставьте коэффициенты в уравнении реакции.

Контрольные вопросы и задачи для защиты лабораторной работы

1. Определите, к какому типу относится каждая из реакций, выраженных следующими схемами:

1) N₂O₅ ® NO₂ + O₂

2) SO₃^2- + MnO₄^- + H⁺ ® SO₄^2- + Mn²⁺ + H₂O

3) SO₃^2- + O₂ ® SO₄^2-

4) KClO₂ ® KClO₃ + KCl

5) NO + NO₂ ® N₂O₃

6) CrO₃ ® Cr₂O₃ + O₂

7) HNO₃ ® NO₂ + O₂ + H₂O

8) H₂S + H₂SO₃ ® S + H₂O

9) KClO₃ ® KCl + O₂

10)K₂ MnO₄ + H₂O ® KMnO₄ + MnO₂ + KOH

2. Расставьте коэффициенты в уравнениях окислительно-восстановительных реакций с помощью электронного баланса, укажите окислитель и восстановитель:

1) HNO₂ + KMnO₄ + H₂SO₄ ® HNO₃ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

2) K₂Cr₂O₇ + Na₂SO₃ + H₂SO₄ ® Cr₂(SO₄)₃ + Na₂SO₄ + K₂SO₄ + H₂O

3) KMnO₄ + Н₂S ® K₂SO₄ + MnO₂ + KOH + H₂O

4) P + HNO₃ + H₂O ® H₃PO₄ + NO

5) Zn + NaOH + H₂O ® Na[Zn(OH)₃] + H₂

6) Fe(CrO₂)₂ + K₂CO₃ + O₂ ® Fe₂O₃ + K₂CrO₄ + CO₂

7) AsH₃ + HNO₃ ® H₃AsO₄ + NO₂ + H₂O

8) Cu₂S + HNO₃ ® Cu(NO₃)₂ + H₂SO₄ + NO+ H₂O

9) H₂SO₄ + HJ ® J₂ + H₂S + H₂O

10)BiCl₃ + SnCl₂ ® Bi + SnCl₄

3. Закончите составление следующих уравнений и найдите коэффициенты с помощью ионно-электронных схем:

1) Сl₂ + FeSO₄ + KOH ® Fe(OH)₃ + …

2) SnCl₂ + KMnO₄ + HCl ® H₂SnCl₆ + …

3) KCNS + H₂O₂ ® HCN + KHSO₄ + …

4) CuJ + H₂SO₄ + KMnO₄ ® CuSO₄ +J₂ +MnSO₄ + …

5) NaBr + H₂SO₄ + NaBrO₃ ® Br₂ + Na₂SO₄ + …

6) KClO₃ + KOH_(конц) +MnSO₄ ® K₂MnO₄ + KCl + K₂SO₄ +…

7) Na₂SeO₃ + NaOH + Cl₂ ® Na₂SeO₄ + NaCl +…

8) HClO + H₂O₂ ® HCl +…

9) KClO + KJ + H₂SO₄ ® KCl + J₂ + K₂SO₄ + …

10) KClO + KJ + H₂O ® KCl + J₂ + …

4. Заполните пропущенные места в предложенных ниже схемах, составьте ионно-электронные уравнения и напишите полные уравнения реакций в молекулярной форме:

1) CrO₂^- + H₂O₂ + OH^- ® CrO₄^2- +…

2) SO₃^2- + MnO₄^- + OH^- ® …

3) Br₂ + SnO₂^2- + OH^- ® SnO₃^2- +…

4) Fe²⁺ + ClO₃^- ® Cl^- +…

5) NO₂^- + ClO₃^- ® Cl^- + …

6) ClO^- ® ClO₃^- + …

7) Cu + NO₂^- + H⁺ ® NO + …

5. Сколько граммов KNO₂ можно окислить в присутствии серной кислоты 30 мл 0,09н. раствора KMnO₄? Напишите уравнение реакции.

6. Сколько миллилитров 0,01н. раствора KMnO₄ можно восстановить в присутствии серной кислоты с помощью 100 мл H₂S (условия нормальные)? Напишите уравнение реакции.

7. Сколько граммов FeSO₄можно окислить в присутствии H₂SO₄ с помощью 100мл 0,25н. раствора K₂CrO₄. Напишите уравнение реакции.

8. Aммиак окисляется бромной водой в щелочной среде до свободного азота. Напишите уравнение этой реакции и укажите, какое вещество выполняет функцию солеобразователя.

9. Определите, как могут вести себя в окислительно-восстановительных реакциях следующие вещества: KNO₂, J₂, S, K₂MnO₄, H₂O₂. Какие из них могут быть только окислителями или только восстановителями, а какие способны быть и тем и другим в зависимости от условий?

10. Какой метод нахождения окислительно-восстановительных коэффициентов удобно использовать для реакций, идущих в газовой и твердой фазах, в расплавах, в неводных и водных растворах?

 

 

Лабораторная работа № 4

Кинетика гомогенных химических реакций

Цель работы: Ознакомление с основными закономерностями протекания гомогенных химических реакций и факторами, влияющими на скорость реакции.

Теоретическая часть

Гомогенными называются реакции, протекающие в одной фазе (в смеси газов, в жидком растворе или в твердой фазе).

Важнейшей количественной кинетической характеристикой любой химической реакции является ее скорость. Наиболее общим является определение скорости реакции r как скорости возрастания степени завершенности реакции x (греческая буква "кси"), которую называют химической переменной. Пусть в закрытой системе протекает химическая реакция

n₁A₁ + n₂A₂ = n₃A₃ + n₄A₄ (1)

где A₁, A₂,...,A_i - участники реакции; n₁, n₂,..., n_i - стехиометрические коэффициенты. Тогда химическая переменная x_i, характеризующая глубину протекания реакции по i-ому компоненту, определяется как

(2)

где N_i - число молей i-го компонента в момент времени t, N_i⁰ - число молей того же компонента в начальный момент времени (t = 0), n_i - стехиометрический коэффициент при i- ом компоненте в уравнении реакции. Стехиометрические коэффициенты у исходных веществ берутся со знаком минус, а у продуктов реакции - со знаком плюс. При таком выборе знаков глубина протекания реакции всегда положительна независимо от участника реакции.

Скорость гомогенной химической реакции r определяется как скорость изменения глубины протекания реакции в единицу времени в единице объема:

(3)

где V - объем системы. Определенная таким образом скорость реакции не зависит от выбора компонента и будет практически одинаковой для разных веществ, участвующих в реакции. Дифференциальная форма уравнения (2) имеет вид

.

С его учетом из уравнения (3) для r, получаем

.

Величина

(4)

называется скоростью реакции по i- ому компоненту. Она характеризует изменение количества i - ого вещества N_i (в молях) в единицу времени в единице объема. Таким образом, скорость реакции в целом и скорости реакции по отдельным компонентам связаны следующим соотношением

. (5)

Выражения (3) и (4) является строгими определениями скоростей реакций, справедливыми и для системы переменного объема.На практике часто пользуются более простым уравнением, пригодным для реакции в системе постоянного объема. Так как отношение N_i / V равно концентрации вещества C _i, то при постоянном объеме

(6)

Скорость реакции (при постоянном объеме) представляет собой изменение концентрации данного вещества в единицу времени.

Скорость реакции всегда положительная величина. В выражении (6) используют знак плюс, если скорость определяется по образующемуся в реакции веществу (продукту), и знак минус, если скорость определяется по расходующемуся в реакции веществу (реагенту). Этим учитываются разные знаки стехиометрических коэффициентов реагентов и продуктов реакции.

Уравнение (6) наиболее часто применяют для реакций в растворах и для реакций газов в замкнутых реакционных сосудах. Если концентрация измеряется в моль/л, а время в секундах, то скорость реакции имеет размерность моль/(л×с).

Кинетический эксперимент заключается в том, что при проведении реакции по мере ее протекания анализируют тем или иным экспериментальным методом концентрации исходных веществ и продуктов реакции. Результаты такого эксперимента представляют в виде кинетических кривых образования и расходования соответствующих веществ. Под кинетической кривой понимают график зависимости концентрации реагента или продукта реакции от времени.