Опыт 4. Влияние катализаторов на скорость реакции

а) Гетерогенный катализ. В три пробирки налить по 1 мл раствора перекиси водорода и прибавить одновременно: в одну – щепотку двуокиси марганца, в другую – такое же количество окиси железа, в третью – двуокиси кремния. Наблюдать разложение перекиси водорода с выделением кислорода (проба тлеющей лучиной). Одинаково ли быстро протекает процесс? Напишите уравнения реакций.

б) Гомогенный катализ. Раствор роданида железа, оставшийся после опыта 3, разбавить двойным объемом воды и разлить поровну в три пробирки. Отмерить цилиндром 5 мл раствора тиосульфата натрия, влить в первую пробирку, включив в момент вливания секундомер. Отметить время от момента вливания до обесцвечивания раствора. Реакция протекает согласно уравнению

2Fe(CNS)₃ + 2Na₂S₂O₃ = 2Fe(CNS)₂ + 2 NaCNS + Na₂S₄O₆.

Все вещества, образующиеся в результате реакции, бесцветны.

Во вторую пробирку добавить 5 капель раствора сульфата меди и влить 5 мл раствора тиосульфата натрия. Определить по секундомеру время от момента сливания растворов до обесцвечивания. Какую роль играют ионы Сu²⁺?

В третью пробирку влить 15 капель сульфата меди и проделать аналогичный опыт. Как влияет количество катализаторов на скорость катализируемой гомогенной реакции?

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1 Что называется скоростью химической реакции? В каких единицах она измеряется?

2 В чем различие реакций, происходящих в гомогенных системах и гетерогенных системах?

3 Почему при повышении концентрации реагирующих веществ и температуры скорость реакции увеличивается?

4 Какое состояние реакционной химической системы называется химическим равновесием? Почему химическое равновесие называют подвижным (динамическим)?

5 Какие методы ускорения течения реакций существуют? Что называется катализом?

6 Какова роль катализатора в химической реакции? Влияет ли катализатор на состояние химического равновесия?

ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ

Обменная реакция веществ с водой, при которой происходит изменение концентрации водородных ионов, т.е. рН раствора, называется гидролизом. Взаимодействие с водой протекает часто ступенчато, с различной глубиной, с образованием комплексов в зависимости от условий и природы реагирующих веществ. Гидролизу подвергаются разные вещества: соли, галогенангидриды, карбиды, углеводы, белки, жиры и т.д. Осахаривание крахмала, гидролиз древесины, получение мыла и другие важные производства основаны на гидролизе.

Весьма важное значение имеет гидролиз солей. Он протекает только в тех случаях, когда из ионов соли и ионов воды может образовываться хотя бы одно слабодиссоциирующее или очень мало растворимое вещество. Образование такого вещества сопровождается связыванием одного из ионов воды, смещением равновесия диссоциации воды и изменением рН раствора.

В зависимости от характера солей различают три основных вида их гидролиза:

1) гидролиз солей; образованных слабым основание и сильной кислотой: NH₄, CuCI₂, AI₂(SO₄)₃, SnCI₂ и др. гидролиз таких солей идет по катиону (рН<7):

NH₄NO₃ + H₂O NH₄OH + HNO₃

NH₄⁺ + NO₃^- + H-OH NH₄OH + H⁺ + NO₃^-

NH₄⁺ + H-OH NH₄OH + H⁺

Если катион многозарядный, то в результате гидролиза образуется чаще всего не слабое основание, а основная соль. Гидролиз идет ступенчато:

AICI₃ + H-OH AIOHCI₂ + HCI

AI³⁺ + H-OH AIOH²⁺ + H⁺ (I ступень)

AIOH²⁺ + H-OH AI(OH)₂⁺ + H⁺ (II ступень)

AI(OH)₂⁺ + H₂O AI(OH)₃ + H⁺ (III ступень)

В растворе накапливаются ионы H⁺ , которые препятствуют прохождению гидролиза по II и тем более по III ступени;

2) гидролиз солей, образованных слабой кислотой и сильным основанием: Na₂CO₃, KCN, Na₂SO₃, KNO₂ и др. (рН>7):

KCN + H-OH HCN + KOH

K⁺ + CN^- + H-OH HCN + K⁺ + OH^-

CN^- + H-OH HCN + OH^-

Соли, образованные сильным основанием и слабой многоосновной кислотой, гидролизуется ступенчато с образованием кислых солей.

Na₂CO₃ + H-OH NaHCO₃ + NaOH

CO₃^2- + H-OH HCO₃^- + OH^- (I ступень)

HCO₃^- + H-OH H₂CO₃ + OH^- (II ступень)

Гидролиз идет, в основном, только по I ступени, т.к. появившиеся гидроксид-ионы препятствуют прохождению гидролиза по II ступени, т.е. смещают равновесие второй реакции влево;

3) гидролиз солей, образованных слабым основанием и слабой кислотой. Соли этого типа легче других подвергается гидролизу, т.к. одновременно связываются ионы Н⁺ и ОН^-. В зависимости от зарядности катиона и аниона при гидролизе таких солей могут образовываться слабое основание и слабая кислота, слабая кислота и основная соль, слабое основание и кислая соль.

(NH₄)₂S + H₂O NH₄OH + NH₄HS

2NH₄⁺ + S^2- + H-OH NH₄OH + NH₄⁺ + HS^-

При гидролизе солей, образованных слабым основанием и слабой кислотой, рН раствора может быть равен 7, если образуется кислота и основание одинаковые по силе.

Некоторые из солей, образованные очень слабым основанием и очень сильной кислотой, подвергаются необратимому гидролизу. Например, полному гидролизу подвергаются сульфиды и карбонаты трехзарядных катионов (AI³⁺, Fe³⁺, Cr³⁺).

Поскольку гидролиз принадлежит к числу обратимых процессов, то положение его равновесия может быть смещено в ту или иную сторону изменением концентрации веществ, участвующих в реакции, а также температуры раствора. Так, разбавляя раствор, т.е. увеличивая в нем относительную концентрацию воды, на основании принципа Ле Шателье можно увеличить степень гидролиза. Наоборот, приливая кислоту в растворы, имеющие кислую реакцию, или щелочь в растворы с щелочной реакцией, можно получить степень гидролиза. С повышением температуры раствора степень гидролиза соли увеличивается.

Таким образом, для того, чтобы соли не повергались гидролизу, их необходимо хранить при более низкой температуре и в более высокой концентрации.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА