Выбор направления протекания реакции

	DG^0f, кДж/моль
Fe^3+	‑18
Al^3+	‑490,5
Cr^3+	‑223,2
Bi^3+	91,9
S^2‑	92,47
FeS	‑100,8
CrS	‑
Fe2S3	‑
Cr2S3	‑
Bi2S3	‑152,9
Al2S3	‑492,5
Fe(OH)3	‑699,6
Cr(OH)3	‑849,02
Bi(OH)3	‑580,3
Al(OH)3	‑1157
H2S	‑27,9
H2O	‑237,24

Между ионами Э³⁺ и S^2‑ в водном растворе возможно либо обменное взаимодействие, либо взаимно усиливающийся гидролиз, либо окислительно‑восстановительная реакция, если степень окисления +3 у элемента не слишком устойчива и может понижаться до +2:

2Э³⁺ + 3S^2‑ ® Э₂S₃

2Э³⁺ + 3S^2‑ + 6Н₂О ® 2Э(ОН)₃ + 3Н₂S

2Э³⁺ + 3S^2‑ ® 2ЭS + S

Пользуясь данными таблицы, выполните необходимые расчеты и выясните, какой из этих вариантов реакций наиболее термодинамически вероятен при взаимодействии сульфида натрия с солями трехзарядных катионов железа, алюминия, хрома и висмута. По каким внешним признакам в каждом конкретном случае можно определить, по какому пути пошла реакция?

В три пробирки налейте по 1‑2 мл растворов указанных солей и добавьте по 1 мл раствора сульфида натрия. Что наблюдается в каждом случае? Совпадает ли прогноз с результатами опыта?

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ

 

1. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ

Зависимость скорости реакции от концентрации можно исследовать на примере реакции тиосульфата натрия с серной кислотой:

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + H₂O + SO₂ + S¯.

Появление мелкокристаллической серы вызывает опалесценцию (помутнение) раствора. По этому признаку можно косвенно судить о скорости протекающей реакции.

В три большие пробирки (или стаканы объемом 50 мл) налейте по 5 мл 0,25 М раствора H₂SO₄, а в три другие нумерованные пробирки налейте 0,5 М раствор Na₂S₂O₃: в первую ‑ 5 мл, во вторую ‑ 10 мл, в третью ‑ 15 мл. При этом необходимо воспользоваться разными цилиндрами, маркированными соответственно буквами «К» и «Т». Затем к содержимому первой пробирки добавьте 10 мл воды, а второй ‑ 5 мл воды.

Быстро прилейте к кислоте подготовленные растворы и энергично перемешайте. По секундомеру определите время (t, сек) с момента добавления кислоты до начала появления слабой опалесценции.

Рассчитайте концентрации растворов тиосульфата натрия, использованных в опыте, и условную скорость реакции как v=1/t.

Данные опыта и результаты расчетов внесите в таблицу:

№ опыта	объем растворов, мл	концентрация раствора Na2S2O3, моль/л	время до начала помутнения раствора t, сек	скорость реакции v=1/t, сек^‑1
Na2S2O3	H2SO4	H2O
1.
2.
3.

Постройте график зависимости скорости реакции от концентрации тиосульфата натрия. При построении графика следует использовать четыре точки. (Четвертая точка должна соответствовать нулевой концентрации этого вещества).

Как с точки зрения закона действия масс должен выглядеть данный график (кривая, прямая, ломаная линия или др.)? График по своим экспериментальным точкам постройте с учетом этих теоретических представлений.

Сделайте вывод о влиянии концентрации реагирующих веществ на скорость химической реакции.

2. Зависимость скорости реакции от температуры

Для опыта возьмите растворы тиосульфата натрия и серной кислоты тех же концентраций, что и в опыте 1. Налейте в три нумерованные пробирки по 5 мл раствора Na₂S₂O₃, а в другие три ‑ по 5 мл раствора H₂SO₄. Сгруппируйте пробирки в три пары (кислота ‑ тиосульфат). Первую пару поместите в стакан с водой, имеющей комнатную температуру, и выдержите минуты 3‑5 для выравнивания температуры (температуру контролировать термометром, погруженным в стакан с раствором кислоты). После этого растворы слейте и зафиксируйте время (t, сек) до появления опалесценции. Вторую пару пробирок прогрейте в стакане с теплой водой до температуры, примерно на 10°С превышающей комнатную, и повторите опыт. Последнюю пару пробирок поместите в стакан со льдом и охладите до температуры примерно на 10°С ниже комнатной и вновь измерьте скорость реакции.

№ опыта	объем растворов, мл	температура t, °С	время до начала помутнения раствора t, сек	скорость реакции v=1/t, сек^‑1
Na2S2O3	H2SO4
1.
2.
3.

Данные опыта внесите в таблицу:

Выполните необходимые расчеты и постройте график в координатах "v=1/t" от "t"(°C). Можно ли что‑то определенное сказать относительно скорости данной реакции при 0°C, можно ли и эту точку использовать для построения графика?

Рассчитайте температурный коэффициент скорости реакции. Сделайте вывод о зависимости скорости реакции от температуры, о количественном соответствии этой зависимости правилу Вант‑Гоффа. Объясните полученный результат.

Используя правило Вант‑Гоффа и уравнение Аррениуса, установите взаимосвязь между энергией активации и температурным коэффициентом скорости реакции. Рассчитайте E_акт. и прокомментируйте полученный результат.

Катализ