Определение вероятности протекания реакции



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Определение вероятности протекания реакции



ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

 

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА

 

1. Определение изменения энтальпии реакции нейтрализации

Для проведения эксперимента необходимо взять (по указанию преподавателя) один из растворов сильной кислоты (HCl, H2SO4, HNO3) и один из растворов щелочи (NaOH, KOH) заданных концентраций. Составьте уравнение реакции между указанными кислотой и щелочью в молекулярном и ионном виде.

Опыт проводят в калориметрической установке, упрощенная схема которой показана на рисунке 1. Установка состоит из двух алюминиевых стаканов, вставленных один в другой и изолированных друг от друга корковыми или резиновыми прокладками в целях уменьшения потерь тепла. Во внутренний стакан калориметра помещается стеклянный химический стакан, в котором и проводится опыт.

Взвесьте калориметрический стеклянный стакан. Измерьте его диаметр и высоту с точностью до 1 мм. При помощи мерных цилиндров точно отмерьте равные объемы (20‑25 мл, объем указывает преподаватель) растворов кислоты и щелочи равных концентраций; при этом необходимо воспользоваться разными цилиндрами, маркированными соответственно буквами «К» и «Щ». В стеклянный стакан калориметра, предварительно вытащив его из калориметрической установки, аккуратно, без потерь, внесите отмеренный объем раствора щелочи. Стакан с раствором щелочи вновь поместите в калориметрическую установку. Измерьте температуру раствора кислоты при помощи ртутного термометра с точностью до 0,10С. Ополоснув термометр дистиллированной водой, c той же точностью измерьте температуру раствора щелочи, находящегося в стеклянном стакане калориметра. Не вынимая термометра из раствора щелочи, быстро и без потерь прилейте к нему весь раствор кислоты. При помощи термометра аккуратно перемешайте полученный раствор и отметьте максимальную температуру, которую покажет термометр. После этого вытащите стеклянный стакан из калориметрической установки и измерьте высоту столба жидкости в нем. С помощью ареометра измерьте плотность полученного раствора.

Результаты опыта внесите в таблицу.

На основании полученных данных рассчитайте изменение энтальпии реакции нейтрализации.

 

Кислота Щелочь tнач.,°С растворов кислоты и щелочи до начала опыта (tК + tЩ)/2 tкон..,°С раствора после проведения реакции нейтрализации r, г/см3 раствора после проведения реакции нейтрализации Стакан
СМ, моль/л V, мл tК,°С до начала опыта СМ, моль/л V, мл tЩ,°С до начала опыта масса, г диаметр, см высота, см высота столба жидкости после опыта, см
                         

Пояснение к расчетам:

1. Вычисление теплоты, выделившейся в ходе опыта, проводится по формуле:

Q = (mр‑раСр‑ра + mстеклаСстекла)Dt (Дж),

где Dt = tкон. – tнач; Ср‑ра и Сстекла – удельные теплоемкости раствора (Ср‑ра примем равной теплоемкости воды, Своды = 4,184 Дж/г К) и стекла (Сстекла = 0,753 Дж/г К); mр‑ра и mстекла – массы раствора после проведения реакции и стакана, занятого раствором. Массу раствора можно определить, зная его плотность и объем (определяем как сумму объемов исходных растворов кислоты и щелочи, при этом, правда, пренебрегаем контракцией). Массу стакана, занятого раствором, можно оценить по пропорции, предварительно вычислив его общую площадь и площадь, занятую раствором.

2. Зная концентрации и объемы исходных растворов, вычислить количества n кислоты и щелочи, взятые для проведения реакции. По найденной величине сделать пересчет выделившегося количества тепла на 1 моль Н+ (ОН).

3. Рассчитать значение изменения энтальпии реакции нейтрализации по табличным данным (DНобр.0+) = 0, DНобр.0(ОН) =‑230,19, DНобр.02О(ж)) = ‑285,83 кДж/моль). Определить (в %) относительную ошибку опыта.

Почему реакция нейтрализации сопровождается выделением тепла? Почему тепловой эффект реакции нейтрализации сильного основания сильной кислотой не зависит от природы кислоты и основания? относится ли то же самое к слабым кислотам и основаниям и почему?

  DG0f, кДж/моль
Mn2+ ‑227,1
Fe2+ ‑78,96
Cu2+ 65,61
Zn2+ ‑147,26
MnS ‑219,36
FeS ‑100,8
CuS ‑53,6
ZnS ‑200,7
H2S ‑27,9
H2O ‑237,24

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

Катализ

Автокатализ

В две пробирки налейте по 2 мл насыщенного раствора щавелевой кислоты, добавьте по нескольку капель разбавленной серной кислоты и раствора перманганата калия, а затем в одну из пробирок внесите несколько капель раствора сульфата марганца (II). В какой из пробирок обесцвечивание перманганата идет быстрее? Составьте уравнение. В чем роль сульфата марганца (II)? Какие реакции называются автокаталитическими?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

РАСТВОРЫ. ПРОЦЕСС РАСТВОРЕНИЯ. РАСТВОРИМОСТЬ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ. ОБМЕННЫЕ РЕАКЦИИ В РАСТВОРАХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ. УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ОСАДКОВ

 

1. Зависимость электропроводности растворов от силы электролитов

Рис.4. Схема прибора для изучения электропроводности растворов

В предварительно промытый дистиллированной водой небольшой стеклянный стаканчик налейте 0,1М раствор уксусной кислоты и, осторожно опустив в раствор два электрода, по яркости свечения лампочки (рис.4) сделайте вывод о степени диссоциации уксусной кислоты в этом растворе.

Такой же опыт повторите с дистиллированной и водопроводной водой, раствором глицерина, 0,1М растворами аммиака, соляной и азотной кислоты, гидроксидов калия и натрия, хлорида кальция, а также с насыщенным раствором сульфата кальция. Объясните результаты. Составьте уравнения электролитической диссоциации всех рассмотренных в данном опыте электролитов. После каждого испытания выключайте прибор из сети и промывайте стаканчик и электроды дистиллированной водой!

Слейте растворы уксусной кислоты и аммиака в один стакан и определите электропроводность полученного раствора. Объясните полученный результат.

Всегда ли процесс растворения молекулярных и ионных веществ сопровождается электролитической диссоциацией?

2. Зависимость электропроводности раствора от концентрации электролита

Измерьте электропроводность концентрированного раствора уксусной кислоты и сделайте вывод о силе данного электролита. Разбавьте этот раствор водой в соотношении примерно 4:1 (для этого кислоту долейте к заранее отмеренному количеству воды) и вновь изучите электропроводность. После этого раствор разбавьте вдвое и повторите измерение электропроводности. Обоснуйте наблюдаемые явления.

(Опыт выполняется демонстрационно).

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ. НАПРАВЛЕНИЕ ПРОТЕКАНИЯ ОКИСЛИТЕЛЬНО‑ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ. ЭЛЕКТРОЛИЗ

Гальванический элемент

Из указанных преподавателем металлов и их растворов соберите гальванический элемент (рис.5). Для этого два небольших стаканчика на 3/4 наполните 1М растворами указанных солей и опустите в них пластины соответствующих металлов, соединенные металлическим проводником. Стаканы с растворами соедините солевым мостиком ‑ стеклянной трубкой, заполненной раствором хлорида калия. Отметьте по вольтметру напряжение.

Рассчитайте ожидаемое значение ЭДС для каждого гальванического элемента, использованного в опыте. Составьте схемы гальванических элементов, указав катод и анод и направление движения тока в цепи.

Как изменится ЭДС гальванического элемента, если один из растворов солей разбавить в 10 раз? Рассчитайте ЭДС для данного случая и измерьте, разбавив соответствующий раствор в 10 раз. Вновь сравните расчетное и экспериментальное значения. Как следует изменять концентрацию раствора в прикатодном пространстве (в прианодном пространстве), чтобы повысить ЭДС гальванического элемента?

 

2. Направление протекания окислительно‑восстановительных реакций

Полуреакция j0, B
Na+ + e ® Na0 ‑2,713
K+ + e ® K0 ‑2,923
Al3+ + 3e ® Al0 ‑1,66
Cu2+ + 2e ® Cu0 0,345
Fe2+ + 2e ® Fe0 ‑0,44
Ni2+ + 2e ® Ni0 ‑0,228
Sn2+ + 2e ® Sn0 ‑0,136
Zn2+ + 2e ® Zn0 ‑0,764
Fe3+ + e ® Fe2+ 0,77
Cl2 + 2e ® 2Cl 1,359
Br2 + 2e ® 2Br 1,087
I2 + 2e ® 2I 0,536
2H+ + 2e ® H2
2H2O + 2e ® H2 + 2OH ‑0,828
O2 + 2H2O + 4e ® 4OH 0,401
O2 + 4H+ + 4e ® 2H2O 1,229
S2O82‑ + 2e ® 2SO42‑ 2,01

Пользуясь таблицами стандартных электродных потенциалов, рассчитайте ЭДС окислительно‑восстановительной реакции между ионами Fe3+ и Г(где Г = Cl, Br, I) и сделайте вывод о возможности восстановления ионов Fe3+ каждым из галогенид‑ионов.

Расчеты проверьте на опыте. В три пробирки налейте по 2 мл 2М растворов хлорида, бромида и иодида калия, затем в каждую из них добавьте равные объемы 2М раствора хлорида железа (III). Что наблюдается? Согласуются ли данные опыта с расчетом? Если нет, то почему? Что нужно изменить в условиях проведения опыта, чтобы расчетные и экспериментальные данные совпали?

Сделайте следующий расчет, имеющий отношение к проведенному опыту, и его результат используйте для комментария вашего эксперимента: начиная с какой концентрации бромид‑ионов восстановление ионов Fe3+ термодинамически возможно, если [Fe3+] = 1 моль/л и [Fe2+] = 10‑6 моль/л.

Коррозия

Протекторная защита

В одной пробирке смешайте 5‑6 мл 1 М раствора уксусной кислоты и 0,5 мл раствора иодида калия. Содержимое пробирки разлейте на две части, затем одновременно в одну из них поместите кусочек свинца, в другую ‑ свинец в контакте с цинком. В какой пробирке раствор приобретает более интенсивную желтую окраску и почему? Объясните результаты опыта, составьте уравнения катодного и анодного процессов. Какой способ защиты от коррозии моделирует данный опыт?

Пассивирование стали

Зачистите наждаком два гвоздя. Один гвоздь пассивируйте, опустив его в пробирку с концентрированным раствором азотной кислоты. Ополосните гвоздь водой и вновь опустите в тот же раствор, после чего гвоздь достаньте и сполосните водой.

Обработанный и необработанный концентрированной кислотой гвоздь поместите в две пробирки с разбавленным раствором серной кислоты. В каком случае скорость выделения газа (какого?) больше?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7

КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

 

Окраска комплексов

а) Сравнение окраски безводных солей и кристаллогидратов

В отдельных тиглях нагрейте кристаллические вещества CoCl2*6H2O, CuSO4*5H2O, NiSO4*7H2O, наблюдайте изменение окраски за счет образования безводных солей. После охлаждения тиглей добавьте по каплям воду; как при этом изменилась окраска?

 

 

  Kнест.
[Ag(NH3)2]+ 5,8*10‑8
[Ag(S2O3)2]3‑ 1*10‑13
[HgI4]2‑ 1*10‑30
[BiI4] 1,1*10‑15
[Cu(NH3)4(H2O)2]2+ 2*10‑13
[Ni(NH3)6]2+ 2*10‑9
[Zn(NH3)4]2+ 4*10‑10
[Fe(CN)6]3‑ 1*10‑31
[Fe(CN)6]4‑ 1*10‑24
[Fe(SCN)6]3‑ 5,9*10‑4
[Fe(HC2O4)3] 6,3*1021
  ПР
AgCl 1,8*1010
Ag2O 1,95*10‑8
Ag2S 6*10‑50
HgO 3*1026
HgS 3*1053
CuS 6*10‑36
Cu(OH)2 8,3*10‑20
Ni(OH)2 2*10‑15
Zn(OH)2 1,4*1017
BiI3 8,1*1019
Bi2S3 1,6*1072
Bi(OH)3 4,3*1031

Составьте уравнения реакций и объясните изменение окраски за счет изменения природы лигандов, окружающих данный комплексообразователь.

б) Сравнение окраски комплексов кобальта (+2)

К водному раствору соли кобальта, содержащему аквакомплексы [Co(H2O)6]2+, в отдельных пробирках добавьте концентрированную соляную кислоту и кристаллический роданид аммония. Наблюдайте изменение окраски за счет комплексообразования.

Составьте уравнения реакций с учетом того, что в полученных комплексных соединениях кч(Со) = 4. Объясните изменение окраски за счет изменения природы и симметрии поля лигандов, окружающих данный комплексообразователь. Почему окраска изменилась с розовой на синюю (а, например, не наоборот)?

Таблица растворимости веществ в воде при комнатной температуре

 

Ион OH NO3 Cl S2 SO32 SO42 CO32 SiO32 PO43
H+   Р Р Р Р Р Р Н Р
NH4+ Р Р Р Р Р Р Р ?
K+ Р Р Р Р Р Р Р Р Р
Na+ Р Р Р Р Р Р Р Р Р
Ag+ ? Р Н Н Н М Н ? Н
Ba2+ Р Р Р Р Н Н Н Н Н
Ca2+ М Р Р М Н М Н Н Н
Mg2+ Н Р Р Н Н Р Н Н Н
Zn2+ Н Р Р Н Н Р Н Н Н
Cu2+ Н Р Р Н ? Р Н ? Н
Hg2+ ? Р Р Н Н ? ? Н
Pb2+ Н Р Н Н Н Н Н Н Н
Fe2+ Н Р Р Н Р Н Н Н
Fe3+ Н Р Р ? Р ? ? Н
Al3+ Н Р Р ? Р ? ? Н
Cr3+ Н Р Р Р ? ? Н

Вещество:

“Р” ‑ растворимо,

“Н” ‑ нерастворимо,

“М” ‑ малорастворимо,

“ “ ‑ в водной среде разлагается,

“?” – нет данных о существовании соединения.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

 

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА

 

1. Определение изменения энтальпии реакции нейтрализации

Для проведения эксперимента необходимо взять (по указанию преподавателя) один из растворов сильной кислоты (HCl, H2SO4, HNO3) и один из растворов щелочи (NaOH, KOH) заданных концентраций. Составьте уравнение реакции между указанными кислотой и щелочью в молекулярном и ионном виде.

Опыт проводят в калориметрической установке, упрощенная схема которой показана на рисунке 1. Установка состоит из двух алюминиевых стаканов, вставленных один в другой и изолированных друг от друга корковыми или резиновыми прокладками в целях уменьшения потерь тепла. Во внутренний стакан калориметра помещается стеклянный химический стакан, в котором и проводится опыт.

Взвесьте калориметрический стеклянный стакан. Измерьте его диаметр и высоту с точностью до 1 мм. При помощи мерных цилиндров точно отмерьте равные объемы (20‑25 мл, объем указывает преподаватель) растворов кислоты и щелочи равных концентраций; при этом необходимо воспользоваться разными цилиндрами, маркированными соответственно буквами «К» и «Щ». В стеклянный стакан калориметра, предварительно вытащив его из калориметрической установки, аккуратно, без потерь, внесите отмеренный объем раствора щелочи. Стакан с раствором щелочи вновь поместите в калориметрическую установку. Измерьте температуру раствора кислоты при помощи ртутного термометра с точностью до 0,10С. Ополоснув термометр дистиллированной водой, c той же точностью измерьте температуру раствора щелочи, находящегося в стеклянном стакане калориметра. Не вынимая термометра из раствора щелочи, быстро и без потерь прилейте к нему весь раствор кислоты. При помощи термометра аккуратно перемешайте полученный раствор и отметьте максимальную температуру, которую покажет термометр. После этого вытащите стеклянный стакан из калориметрической установки и измерьте высоту столба жидкости в нем. С помощью ареометра измерьте плотность полученного раствора.

Результаты опыта внесите в таблицу.

На основании полученных данных рассчитайте изменение энтальпии реакции нейтрализации.

 

Кислота Щелочь tнач.,°С растворов кислоты и щелочи до начала опыта (tК + tЩ)/2 tкон..,°С раствора после проведения реакции нейтрализации r, г/см3 раствора после проведения реакции нейтрализации Стакан
СМ, моль/л V, мл tК,°С до начала опыта СМ, моль/л V, мл tЩ,°С до начала опыта масса, г диаметр, см высота, см высота столба жидкости после опыта, см
                         

Пояснение к расчетам:

1. Вычисление теплоты, выделившейся в ходе опыта, проводится по формуле:

Q = (mр‑раСр‑ра + mстеклаСстекла)Dt (Дж),

где Dt = tкон. – tнач; Ср‑ра и Сстекла – удельные теплоемкости раствора (Ср‑ра примем равной теплоемкости воды, Своды = 4,184 Дж/г К) и стекла (Сстекла = 0,753 Дж/г К); mр‑ра и mстекла – массы раствора после проведения реакции и стакана, занятого раствором. Массу раствора можно определить, зная его плотность и объем (определяем как сумму объемов исходных растворов кислоты и щелочи, при этом, правда, пренебрегаем контракцией). Массу стакана, занятого раствором, можно оценить по пропорции, предварительно вычислив его общую площадь и площадь, занятую раствором.

2. Зная концентрации и объемы исходных растворов, вычислить количества n кислоты и щелочи, взятые для проведения реакции. По найденной величине сделать пересчет выделившегося количества тепла на 1 моль Н+ (ОН).

3. Рассчитать значение изменения энтальпии реакции нейтрализации по табличным данным (DНобр.0+) = 0, DНобр.0(ОН) =‑230,19, DНобр.02О(ж)) = ‑285,83 кДж/моль). Определить (в %) относительную ошибку опыта.

Почему реакция нейтрализации сопровождается выделением тепла? Почему тепловой эффект реакции нейтрализации сильного основания сильной кислотой не зависит от природы кислоты и основания? относится ли то же самое к слабым кислотам и основаниям и почему?

  DG0f, кДж/моль
Mn2+ ‑227,1
Fe2+ ‑78,96
Cu2+ 65,61
Zn2+ ‑147,26
MnS ‑219,36
FeS ‑100,8
CuS ‑53,6
ZnS ‑200,7
H2S ‑27,9
H2O ‑237,24

Определение вероятности протекания реакции

Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций растворения сульфидов марганца, железа, меди и цинка в разбавленной серной кислоте и, выполнив по данным таблицы необходимые расчеты, определите, растворение каких сульфидов термодинамически вероятно, а каких – нет.

Пользуясь растворами солей марганца, железа, меди и цинка и раствором сульфида натрия, осадите в четырех пробирках указанные сульфиды, осадки промойте дистиллированной водой методом декантации, а затем добавьте к каждому из них 2‑3 мл разбавленного раствора серной кислоты. Что происходит? Сравните данные опыта с результатами расчета.



Последнее изменение этой страницы: 2016-06-26; просмотров: 375; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 52.205.167.104 (0.008 с.)