Раздел I. Общие методические указания для лабораторных занятий

Введение

 

Практикум по неорганической и аналитической химии – первый лабораторный практикум в вузе, во время которого будущий специалист приобретает навыки лабораторного эксперимента вообще и химического в частности. Он является важным этапом подготовки к работе в лабораториях агрохимии, почвоведения, микробиологии, химической защиты и т. д.

Цели практикума:

– ознакомление с навыками выполнения элементарных лабораторных операций, лаконичной записи наблюдений, представления результатов в виде таблиц и графиков, пользования табличными и справочными материалами.

- проверка опытным путём химических закономерностей, что способствует более глубокому пониманию и освоению предмета.

Первые лабораторные работы описаны исключительно подробно (содержат перечень посуды, реактивов, поэтапный план действий), в последующих работах студент должен постепенно научиться выделять эти подразделы, самостоятельно описывать эксперимент и объяснять его значение для достижения цели работы.

Методические советы по подготовке к занятиям не содержат исчерпывающей информации по изучаемым темам. В ходе выполнения домашних заданий и лабораторных работ при необходимости нужно пользоваться учебником или получить консультацию у преподавателя.

На первом занятии по химии каждому студенту выдается «Листок индивидуального рейтинга». В нем указано, какие упражнения следует выполнить при подготовке к соответствующей лабораторной работе. Там же указано, как эти упражнения распределены по шифрам. В этом же листке указано, какие разделы данных методических указаний следует проштудировать, а также какие лабораторные работы будут выполняться на очередном занятии. В этом же листке преподаватель проставляет балльные оценки за ваши домашние, лабораторные и контрольные работы. Набираемое студентом суммарное количество баллов служит основой для получения «автоматической» экзаменационной оценки.

Все записи на лабораторных занятиях следует делать в отдельной тетрадке, которую называют «Рабочим журналом». Там же удобно выполнять и упражнения из домашних заданий. Форма ведения этого журнала произвольная, но целесообразно использовать таблицы, соответствующие данным методическим указаниям.

Раздел I. ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ

 

Итог занятий

В процессе прохождения курса химии на лабораторно-экзаменационной сессии каждый студент должен:

а) получить зачет по предсессонной контрольной работе на основании собеседования с преподавателем или тестового контроля;

б) полностью выполнить лабораторный практикум и убедить преподавателя в том, что вы разобрались в лабораторных работах;

в) сдать экзамен.

Как указано в выдаваемом вам на сессии «Листке индивидуального рейтинга», на лабораторные занятия вынесены 4 темы (модуля):

1. Основные классы неорганических соединений. Электролитическая диссоциация.

2. Химическая кинетика. Химическое равновесие.

3. Растворы. Основные способы выражения концентраций. Гидролиз солей.

4. Окислительно-восстановительные реакции.

В случае пропуска лабораторных работ их все равно необходимо выполнить или с другой группой (если имеется такая возможность), или индивидуально. В последнем случае необходимо: а) получить разрешение в деканате на отработку; б) побеседовать с преподавателем по существу работы и получить у него допуск к ее выполнению; в) согласовать время выполнения с заведующей лабораторией и выполнить работу; г) отчитаться у преподавателя о существе выполненной работы.

Вопрос об оплате индивидуальной отработки решается в деканате.

Повторим еще раз, что без выполнения всех лабораторных работ студент не допускается к экзамену. Еще одним обязательным условием допуска к экзамену является наличие зачета по контрольной работе, выполненной в предсессионный период.

1.2. Указания к самостоятельной (внеаудиторной) работе по подготовке к лабораторным занятиям

Результативность освоения программного материала прямо пропорциональна усилиям, затраченным на его проработку. Начинать полезно с предварительной подготовки к лабораторным работам. Тут ничего не надо запоминать или заучивать. Открывайте очередную страницу и старайтесь просто понять, что придется делать. При этом иногда возникнет необходимость обратиться к любому доступному учебнику и подготовить вразумительный вопрос преподавателю. Этот вопрос не должен выглядеть заявлением типа «Я читал и ничего не понял». Надо четко указать место, с которого начались ваши затруднения. В большинстве случаев вы получите квалифицированную помощь, и «парус вашей любознательности надуется попутным ветром знаний», а вы сбережете свои нервы.

Упражнения, которые входят в домашние задания (см. листок индивидуального рейтинга) нужно выполнить письменно. Опять же с любыми затруднениями можно обращаться к любому преподавателю кафедры химии. Чаще всего эти проблемы решаются просто, как ориентирование в незнакомом населенном пункте. Здесь не надо стесняться или опасаться показать свое незнание. Опытного преподавателя этим удивить трудно, а цель и у вас и у преподавателя одна – студент должен овладеть программным материалом.

Домашнее задание по очередной теме предъявляется преподавателю во время лабораторной работы (когда у вас что-то будет нагреваться, остывать, испаряться или отмокать и т.д.). При просмотре ваших упражнений и беседе с вами преподаватель выяснит, насколько вы разобрались в проштудированном материале, и оценит ваши достижения по 5-балльной системе.

Вопросы для обсуждения лабораторной работы по теме также могут быть использованы для самоподготовки.

 

Библиографический список

Основной

1. Хомченко Г.П., Цитович И.К.. Неорганическая химия. М.: Высшая школа, 1987 г. (допускается 1978 г).

2. Цитович И.К. Курс аналитической химии. М.: Высшая школа, 2004 г (или др. издания).

3. Князев Д.А., Старыгин С.Н. Неорганическая химия М.: Высшая школа, 1990 г.

 

Дополнительный

4. Глинка Н.Л.. Общая химия. М.: Химия, 1973-2000г.г.

5. Ахметов Н.С. Неорганическая химия. М.: Высшая школа, 1981 г

6. Гузей Л.С., Кузнецов В.Н., Гузей А.С. Общая химия. М.: Изд-во МГУ, 1999 г.

7. Коровин Н.В. Общая химия. Высшая школа, 2002 г

8. Химия. Пособие для поступающих в вузы. (Любое издание)

 

Коммент арий

Поскольку изучаемый курс химии является общеобразовательным, то вы можете использовать практически любой учебник по общей или неорганической химии, любое пособие для абитуриентов, справочные материалы, восстановительные курсы, распространяемые сейчас обучающие программы типа «Репетитор» и т.д. Важно, чтобы изложение в учебнике было вам понятно. Наверно, целесообразно полистать учебники разных авторов в читальном зале, а затем выбрать наиболее вам понравившийся.

Раздел 2. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ИЗУЧАЕМЫМ ТЕМАМ

Основы классификации

Ниже кратко резюмируем ваши подзабытые знания о составлении формул химических соединений. Если это у вас очень крепко забыто или вы никогда толком с химическими формулами не разбирались, а просто отмахивались, то проштудируйте хотя бы начало восстановительного курса (приложение 1). Там представлены самые примитивные инструкции по составлению химических формул, определению соответствующих индексов и пр. Усвоение этих правил позволит вам самостоятельно составлять формулы и избавит от необходимости использовать зубрежку.

Итак. Все вещества делят на простые и сложные.

Простые вещества состоят из атомов одного элемента, причём этих атомов может быть разное количество: Cu, O₂, О₃, S₈. Подстрочный индекс указывает количество атомов в молекуле.

Сложные состоят из атомов двух элементов: CuO, HCl, трёх и более: NaOH, HClO, Na₂SO₄, (NH₄)₂SO₄.

Принятый способ классификации – выделение веществ с одинаковыми свойствами реакционноспособных атомов или групп атомов (функциональных групп). Это похоже на классификацию рабочих по их профессии – плотники, кузнецы, слесари и др.

Пример. Для всех кислот общей функциональной группой является водород:

H Cl, H NO₃, H₂ SO₄, Н₃ РО₄.

В водных растворах связь кислотного остатка с водородом разрывается легче других и обуславливает диссоциацию с образованием иона водорода

HNO₃ = H⁺ + NO₃^–.

Наличие ионов водорода в растворах всех кислот обуславливает характерный для кислот кислый вкус, способность изменять окраску индикаторов, способность обменивать атом водорода на атом металла.

Напомним, что ионы это заряженные частицы, которые могут состоять из одногоили нескольких атомов. Положительно заряженные ионы называют катионами, отрицательно – анионами. Их заряд обычно проставляется справа вверху.

Упражнение: выделите общие функциональные группы двух оснований NaOH и Ba(OH)₂; двух солей NaNO₃, Cu(NO₃)₂.

Сравните свои результаты с правильными ответами: OH^-; NO₃^-.

 

Таблица 1

 

Al(OH)3 H3PO4	Al(OH)2^+	AlOH^2+	Al^3+
H2PO4^–	–	–	Al(H2PO4)3
HPO4^2–	–	–	Al2(HPO4)3
PO4^3–	[Al(OH)2]3PO4	(AlOH)3(PO4)2	AlPO4

 

Прочерки стоят в тех клетках, где столкновение ионов будет приводить к образованию молекул воды за счет водорода аниона и гидроксила катиона. В результате «выпадения» Н₂О изменится исходный состав «столкнувшихся» ионов.

Упражнение: составьте формулы всех солей, которые можно получить из гидроксида кальция и угольной кислоты. Используя таблицу 1 из приложения 2 (с.81), дайте названия этим солям.

Ответ: Ca(HCO₃)₂, CaCO₃, (CaOH)₂CO₃.

 

1.3. Упражнения для самоподготовки

Упражнения для самоподготовки следует выполнить перед лабораторными работами по данной теме во внеаудиторное время (домашнее задание). Рекомендуется выполнять упражнения до тех пор, пока вы полностью не овладеете навыками составления формул. Постарайтесь не обманывать сами себя.

 

 

Задание 1. Перенесите в тетрадь или рабочий журнал таблицу 2, заполните все столбцы этой таблицы как это сделано для борной кислоты, взяв в качестве исходных - кислоты, указанные в левой колонке. Работайте в соответствии со своим шифром, как это указано в листке рейтинга.

После заполнения своей части таблицы, постройте графические формулы выбранных вами кислот.Пользуйтесьсведениями из восстановительного курса (приложение 1)

Таблица 2

№ п/п	Кислота (название)	Степень окисления кислото-образующего элемента	Формула соответствующего оксида	Уравнения диссоциации с учетом ступенчатого характера	Заряд кислотного остатка	Примеры солей с одновалентным, двухвалентным и трехвалентным катионом металла, например, Na^+,Ca^2+ и Al^3+
При-мер	H3BO3	B^3^+	B2O3	Н3ВО3 = Н^++ Н2ВО3^-	1-	NaH2BO3, Ca(H2BO3)2, Al(H2BO3)3
				H2BO3^- = H^+ + BO3^2-	2-	Na2HBO3, CaHBO3, Al2(HBO3)3
				НВО3^2- = Н^++ ВО3^3-	3-	Na3BO3, Ca3(BO3)2, AlBO3
	Н3РО4
	HNO3
	H2CO3
	H3AsO4
	HClO4
	H2SeO4
	HClO
	H4P2O7
	НNО2

 

Задание 2. Заполните для своего шифра (см. листок индивидуального рейтинга, который был выдан на первом занятии) таблицу 3, взяв в качестве исходных веществ основания, указанные в левом столбце. Постройте графические формулы этих оснований.

Таблица 3

 

№ п/п	Основания	Степень окисле- ния металла	Формула оксида	Уравнения ступенчатой диссоциации	Формулы катионов	Примеры солей с одно- и двухвалентным анионом (NO3^– и СО3^2–)
При-мер	Са(ОН)2	Са^2+	СаО	Са(ОН)2= СаОН^+ + ОН^–   СаОН^+ = Са^2+ + ОН^–	СаОН^+   Са^2+	СаОНNO3, (СаОН)2СО3.   Са(NO3)2, СаСО3
	NaOH
	Mg(OH)2
	Al(OH)3
	CuOH
	Сu(OH)2
	Fe(OH)3
	TlOH
	Mn(OH)2
	Ni(OH)3

 

 

Задание 3. Составьте для своего шифра формулы всех солей, которые могут быть образованы парами:

1. KOH и H₂СO₃ 2. KOH и H₃PO₄ 3. Ca(OH)₂ и HNO₂

4. Ca(OH)₂ и HNO₃ 5. Cu(OH)₂ и H₂SO₄ 6. Fe(OH)₃ и HNO₃

7. Mn(OH)₂ и H₂SO₄ 8. Fe(OH)₂ и H₂SO₄ 9. Pb(OH)₂ и H₂SO₄

Если Вы «застряли» вернитесь к примеру, разобранному на с. 10-11 и в табл.1. При этом вам пригодятся навыки, приобретенные при добросовестной работе с таблицами 2 и 3.

Задание 4. Проанализируйте решение вашей задачи из предсессионной контрольной работы, которая относится к вашему варианту в интервале номеров 11 – 20. Представьте краткое решение этой задачи.

Лабораторные работы

 

Лабораторная работа № 1

Описание работы.

Смесь переносим в ступку, измельчаем её, осторожно разбивая крупные куски до размеров порошка и далее, при необходимости, растирая.

Помещаем измельчённую смесь солей в фарфоровую чашку 2, накрываем чашку воронкой 3, зажигаем спиртовку и подогреваем чашку со смесью солей.

Что наблюдаем? Ответ: после терпеливого подогрева появился белый дым.

Что произошло в итоге? Ответ: одно вещество отделилось от другого.

Приведите уравнения реакций, сопровождающих возгонку и конденсацию.

После полного разделения веществ нелетучий компонент (Na₂SO₄) должен остаться в чашке, а хлорид аммония, подвергающийся возгонке – на стенках воронки.

Для доказательства полноты разделения необходимо провести качественный анализ разделённых веществ. При этом достаточно доказать наличие или отсутствие соответствующих солям анионов: для Na₂SO₄ – сульфат иона SO₄^2-, для NH₄Cl – хлорид иона Cl ^-. Реактивами на эти ионы являются BaCl₂ и AgNO₃. Результат действия реактива – образование белого осадка. Полнота разделения будет доказана, если в чашке не окажется вещества, содержащего ион Cl ^-, а на стенках воронки – вещества, генерирующего ионы SO₄^2-.

Выясняем это следующим образом. Берем со стенок воронки стеклянной палочкой немного вещества и переносим этот «соскоб» в пробирку. Растворяем соскоб водой из промывалки, делим раствор на две части.

Одну часть проверяем на наличие ионов SO₄^2-, добавляя из капельницы раствор BaCl₂. Если выпадает белый осадок (а это может быть только BaSO₄), в пробе присутствует сульфат натрия. Если осадка получить не удается, то там нет существенного количества сульфата.

Вторую часть проверяем на наличие ионов Cl^-, используя раствор AgNO₃. Если выпадает белый осадок (а это может быть только AgCl), то в исследуемой пробе есть NH₄Cl, так как только эта соль может «породить» заметные количества ионов Cl^-. Если осадка нет, то нет и хлорида аммония.

Таким образом мы исследовали наш «соскоб» на наличие или отсутствие исходных веществ нашей смеси - Na₂SO₄ и NH₄Cl.

Аналогично проводим качественный анализ остатка солей в фарфоровой чашке. Делаем вывод о полноте разделения. Если оно неполное, то рано гасить спиртовку.

Придется записать уравнения протекающих в наших растворах реакций

в молекулярном и ионном виде. Разумеется, пишем реакции только в том случае, когда они действительно протекают, т.е. когда мы наблюдаем их результаты в виде осадков.

Для того, чтобы сдать лабораторную работу преподавателю, приготовьтесь ответить на вопросы для обсуждения результатов вашей работы:

1.Как называются все использованные химические соединения?

2. Какие принципы могут быть использованы для разделения веществ?

3. Как установить конец разделения?

4. Какие видимые эффекты обычно наблюдают при проведении качественных реакций?

5. Для чего проводились вами качественные реакции? На какие вопросы дают ответы их положительные и отрицательные результаты?

6. Как доказать, что разделение веществ в вашем опыте проведено полностью?

7. Что такое электролитическая диссоциация? Молекула? Ион?

8. Какие вы знаете катионы, анионы?

9. Сформулируйте правила написания ионных уравнений.

10. Каковы преимущества написания ионных уравнений по сравнению с молекулярными?

11. Что такое возгонка? Сублимация? Конденсация? Испарение? Чем сублимация отличается от испарения?

Лабораторная работа №2

Описание работы

Растворение соли. Обнаруженную нами в пакетике навеску смеси переносим в химический стакан и растворяем в дистиллированной воде. Используем не больше чем 50 мл воды. Предельное количество отмеряем цилиндром. Воду для растворения приливаем маленькими порциями. Учитываем, что эта же вода еще понадобится для отмывания песка от соли.

Растворение – процесс гетерогенный, его скорость тем больше, чем больше поверхность растворяемого вещества (чем лучше оно измельчено), чем больше перепад концентраций, который увеличивается при разбавлении и перемешивании. Тем не менее, желательно провести растворение в минимальном количестве воды, так как использованную воду придется после фильтровании выпаривать, а это - достаточно медленный процесс.

Когда соль растворится, приступаем к фильтрованию.

Фильтрование. Бумажный фильтр складываем примерно вчетверо, вставляем в воронку, чуть увлажняем из промывалки и очень легко прижимаем пальцами к стенкам.

Позволяем отстояться песку и осторожно сливаем раствор на фильтр. Этот процесс отделения жидкости от осадка или от отстоя путем аккуратного сливания вручную, с помощью шланга или делительной воронки называется декантацией. При декантации фильтр не сразу забивается песком, замедляющим фильтрование.

Оставшийся после фильтрования в стакане песок споласкиваем небольшим количеством воды, промывные воды сливаем на фильтр. Затем и мокрый песок переносим на фильтр, где его продолжаем промывать малыми порциями воды из цилиндра.

Проверяем полноту отделения соли от песка. Для этого используем качественную реакцию на анион SO₄^2- (если в исходной смеси был Na₂SO₄) или на анион Cl^- (если в смеси был NaCl). Напоминаем, что состав исходной смеси вам «рассекречивает» преподаватель.

Реакцию проводим, собрав под фильтровальной воронкой несколько последних капель профильтрованных промывных вод в отдельную пробирку. Промывание проводим до тех пор, пока промывные воды не дадут отрицательную реакцию на наличие соли. Записываем уравнение возможной протекающей реакции в молекулярной и ионной форме.

Выпаривание. Фильтрат переливаем в предварительно взвешенную фарфоровую чашку и, нагревая на электроплитке или спиртовке, выпариваем досуха. Эту процедуру можно начать параллельно с промыванием песка. Промывные воды после окончания промывания можно будет просто добавить к выпаривающемуся фильтрату. Конечно, это надо делать осторожно. Во избежание разбрызгивания в конце выпаривания чашку накрываем стеклянной воронкой, которую тоже нужно предварительно взвесить. После охлаждения чашку с солью (и с взвешенной воронкой) снова взвешиваем и определяем вес извлеченной соли по разности масс чашки с солью и пустой чашки.

Оценка потерь соли. Используя найденный вес отделенной соли и вес соли во взятой смеси (и этот «секрет» вам открывает преподаватель), по разности подсчитываем потери в граммах. Определяем относительную величину потерь. Для этого выясняем, какую долю составляют потери от исходного количества, т.е. делим количество граммов потерянной соли на исходное количество соли. Затем выражаем эту долю в процентах. Приведенные ниже вопросы для обсуждения могут быть заданы вам преподавателем при защите лабораторной работы.

Вопросы для обсуждения:

1. Что такое процент?

2. Как выяснить, что промывание песка закончено?

3. Каковы химические названия использованных веществ?

4. Какова формула песка, кремнезема?

5. Для чего проводится качественная реакция? Сколько раз её надо проводить?

6. Что такое фильтр? Фильтрат? Декантация?

7. Дайте правильные названия использованной химической посуды.

8. Сформулируйте правила написания ионных уравнений.

9. Какими реактивами для определения сульфат-иона можно восполь-зоваться, если закончился раствор с хлористым барием? Используйте таблицу растворимости (приложение 2, табл.2, с.80) и выясните у лаборанта наличие подходящих реактивов.

 

Цели изучения темы

Теоретические - получить навык в написании выражений для зависимостей скоростей простых процессов от концентраций реагирующих веществ и в написании выражений для констант химического равновесия в соответствии с законом действия масс. Разобраться в закономерностях влияния концентрации, температуры и катализатора на скорость реакции. Еще раз убедиться в справедливости принципа Ле Шателье о направлении смещения химического равновесия.

Практические - найти по экспериментальным данным константу скорости, температурный коэффициент Вант Гоффа, графическую зависимость скорости реакции от катализатора, разобраться в практическом смещении равновесия в ту или иную сторону.

Консультационная часть

Литература: 1, гл. 1, с. 21 – 25; гл. 4, с. 111 – 113,116,120 – 122.

Ключевые понятия этой темы:

а) скорость химической реакции – это изменение концентрации реагирующего вещества в единицу времени. Математически для средней скорости во временном интервале ∆t имеем формулу

` V = ∆C/∆t,

где ` V – средняя скорость, а С – концентрация одного из реагирующих веществ. (Какого одного? - Любого. Лишь бы была известна его концентра-ция в начале и в конце временного интервала.) Надо, конечно, оговаривать, по какому веществу мы фиксируем скорость реакции.

б) Если концентрации веществ известны только в начале реакции или в какой-то данный момент времени, то используем кинетическое уравнение, выражающее закон действия масс через концентрации реагирующих веществ. Для процесса типа

A + 2B + 3D = F

оно имеет вид

V = k C_A´C_B² ´ C_D³,

где k – константа скорости реакции, величина которой отражает зависи-мость скорости от природы реагирующих веществ и температуры.

2.3. Упражнения для самоподготовки

Задание 1. Заполните пропуски для своего варианта в таблице 4.

 

Таблица 4

 

№ п/п	Уравнение процесса	Компонент, концентрация которого указана	Начальная и конечная концентрации моль/л   Снач Скон	Время реак- ции, с	Средняя скорость, `V= DC/Di моль/л
При мер	2 H2 + O2 = 2 H2O	[H2] [O2] [H2O]	0,4 0,1 0,55 0,40 0,00 0,30		0,03 0,015 0,015
	N2 + 3 H2 = 2 NH3	[N2] [H2] [NH3]	0,6 0,4 0,8 0,2 0,2?	?	? 0,02 0,04
	2CH4 +3 02 = 2 CO +4 H2O	[CH4] [O2] [CO] [H2O]	2,4? 3,2 2,3 0,2 0,6 ? 2,5	?	0,015 0,030 ? 0,040
	H2S + 3 SO3 = 4 SO2 + H2O	[H2S] [SO3] [SO2] [H2O]	2,5 1,5 4,5 2,0 ? 2,1 0,2?	?	0,05 ? 0,03 0,04

 

.Задание 2. Уточните формулировку, и математическое выражение закона действия масс для истинной скорости химической реакции в данный момент времени. Концентрации каких веществ входят в его выражение? Какой параметр маскирует зависимость скорости реакции от природы реагирующих веществ?

Для представленных в таблице 5 прямых реакций составьте кинетические уравнения на основании закона действия масс, сделайте необходимые расчеты и заполните пропуски в соответствии со своим шифром.

.

Таблица 5

№ п/п.	Уравнение процесса	Кинетичес- кое уравнение	Конс- танта скоро-сти,k	Концентра-ици, моль/л	Истинная скорость реакции, моль/л.с
При-мер	2 CO + O2 = 2 CO2	V= k [CO]^2[O2]	2.10^3	[CO]=10^-2; [O2]=0,2	V=2.10^3(10 ^-2)^2 ´0,2= 0,04
	N2O5 = 2NO2 +O	?	?	[N2O5]= 0.01	V = 2.10^­-6
	CH4 + 2 O2 = CO2 + 2 H2O	?	2.10^4	[CH4]=0.5 [ O2] =?	V = 0,1
	CuO + H2 = Cu +H2O	?	10^–1	[H2 = 0.20	V=?
	2HI = H2­ + I2­	?	10^–1	[HI] =?	V = 4.10^-5
	N2+3H2=2NH3	?	?	[H2] = 0.01 [NH3]= 0.01	V = 3.10^-6
	Fe2O3 + 3 CO = 2 Fe + 3 CO2	?	2.10^3	[CO] = 0,1	V =?
	2SO2 + O2 = =2SO3	?	10^–1	[SO2]=0.1 [O2] = 0.5	V =?
	3 CH4 +2 N2 +3 O2 =4 NH3 +3 CO2	?	3.10^2	[CH4] =? [N2] =0,2; [O2] = 0,8	V = 6,144
	2Mg + O2 = 2MgO	?	?	[O2]= 0.05	V = 2.10^-4

№	Температурный коэффициент Вант-Гоффа, g	Температура, °С началь- конеч- ная, t1 ная, t2	Скорость реакции, моль/л, при температуре начальной V(t1) конечной V(t2)
При-мер		20° 50°	0,5 0,125
		? 40°	1,2 19,2
	2,2	10° 40°	1,5?
	?	15° 35°	0,8 7,2
	4,0	–8° –18°	? 0,15
	1,9	22°?	2,0 13,718
	2,1	65° 25°	48,62?

Задание 3. Используя правило Вант – Гоффа и данные, приведенные в таблице 6, заполните остальные графы таблицы в соответствии со своим шифром. Уравнение реакции не приводится, поскольку оно вам не надо.

 

Таблица 6

 

 

 

Задание 4. Для задания по своему шифру укажите в таблице 7 направление смещения равновесия при указанных изменениях внешних условий. Продумайте обоснование своего решения.

 

№ п/п	Уравнение процесса и его тепло- вой эффект Q	t°C	Pатм	[NH3]	Направление смещения равновесия
При мер	NH3 + HCl Û NH4Cl – Q (Дж)	Ý	–	–	Вправо
		–	ß	–	Влево
		–	–	Ý	Вправо
	N2 + 3 H2 Û 2NH3 + Q	Ý	–	–	?
		–	ß	–	?
		–	–	ß	?
	4 NH3 + 4 O2 Û NO2 + 6 H2O + Q	ß	–	–	?
		–	Ý	–	?
		–	–	Ý	?
	3CH4 + 2N2 + 3 O2Û 4NH3 + 3CO2– Q	ß	–	–	?
		–	Ý	–	?
		–	–	ß	?

Таблица 7

Задание 5. Проанализируйте и решите еще раз задачу из вашей предсессионной контрольной работы, относящуюся к вашему варианту в интервале задач под номерами 51- 60.

 

Лабораторные работы

 

Лабораторная работа № 3

Таблица 8

 

№ п/п	Объем раствора Na2S2O3 мл	Объем Н2О, мл	Объем раствора H2SO4, мл	Концентра-ция Na2S2O3 в реакцион-ной пробирке моль/литр	Время до появ-ления мути, i (с)	Условная скорость Vусл = 100/i (с ^–1)
				0,01 м/л

Анализ результатов.

Закончена непосредственная экспериментальная часть, связанная с растворами, секундомером, бюретками, мытьем пробирок, вытиранием луж, беготней к раковине и т.д. Можно перевести дух и заняться обработкой того, что мы наизмеряли. Значения для последней колонки таблицы 8 вычисляем, руководствуясь тем обстоятельством, что скорость любого процесса обратно пропорциональна времени его протекания. (Так, скорость спортсмена, пробегающего дистанцию 100 м за 11 секунд равна 100/11 м/с). В нашем случае в последней колонке таблицы 8 произвольно выбрано в числителе число 100, чтобы получать более удобные для анализа числа. Ведь мы будем просто сравнивать скорости, не интересуясь их абсолютной величиной. А для сравнительных оценок важно только, чтобы, кроме времени, все было постоянно.

Доказательством справедливости закона действия масс служит прямо пропорциональная зависимость между скоростью реакции (V) и концентрацией тиосульфата натрия [Na₂S₂O₃]. Найдем эту зависимость графически по экспериментальным данным.

Для построения графика на миллиметровой бумаге откладываем на оси х значения концентраций тиосульфата натрия, а на оси у – соответ ствующие этим концентрациям величины условных скоростей реакции. Масштаб подбираем так, чтобы график занял всю предоставленную площадь миллиметровки. Для каждой оси координат можно делать свой масштаб, не надо его унифицировать. В этих координатах нанесем пять своих экспериментальных точек.

После нанесения на график экспериментальных точек из таблицы 8 осуществляем графическое усреднение (интерполирование) результатов. Для этого проводим прямую линию, проходящую через начало координат и усредняющую расположение экспериментальных точек. Здесь самая точная точка – начало координат, так как при нулевой концентрации никакая реакция не идет, а значит и скорость реакции равна нулю независимо от экспериментатора. Сильно выпадающее из общей зависимости или сомнительное значение можно измерить еще раз.

Примерный график представлен на рис. 2. Ваш график, как отмечалось, следует сделать на миллиметровой бумаге. Обратите внимание на то, что точки на графике могут отстоять в стороне от проведенной «усредняющей» линии за счет экспериментальных погрешностей. Расположения точек (выше и ниже прямой) должны, строго говоря, компенсировать друг друга.Такой прием усреднения называется графическим аппроксимиро-ванием.

Аппроксимирующая прямая усредняет все результаты и обязательно проходит через начало координат, о чем говорилось выше.

В математике прямая, проходящая через начало координат, описывается уравнением

y = ax.

Коэффициент a = y/x в этом уравнении можно найти, используя значения координат для любой точки этой прямой. Отметим, что отношение y/x является тангенсом угла наклона описываемой прямой по отношению к оси x.

Найдём по нашему графику величину константы скорости, которая по уравнению (2) выглядит

k = V_усл/[Na₂S₂O₃].

Это можно сделать, используя любую точку на построенной нами прямой. По возможности выбираем точку на прямой так, чтобы она лежала на пересечении жирных линий миллиметровки, что облегчает нахождение её координат. Разделив величину координаты y (V_усл) выбранной точки на величину координаты х (концентрация Na₂S₂O₃), получаем среднее значение k для нашей реакции в наших условиях.

В случае графика на рис.2 выбрана точка А. Отношение длин отрезков АВ/ОВ дает величину k и является тангенсом угла АОВ.

Полученную величину k можно подставить в уравнение (2) и использовать для расчета скорости реакции при любой произвольной концентрации.

Отметим, что константу скорости можно было бы найти и алгебраическим путем. Из экспериментальных данных по уравнению (2) можно вычислить пять величин k и найти усредненное значение. Однако, проведенное нами графическое усреднение более корректно, поскольк<