Ainete kontsentratsiooni muutuse mõju tasakaalule (0)

TTÜ keemiainstituut
Anorgaanilise keemia õppetool
YKI0020 Keemia alused
Laboratoorne töö nr.
Töö pealkiri:
Õpperühm:
Töö teostaja :
Õppejõud:

Töö teostatud:
Protokoll esitatud:
Protokoll arvestatud:

EKSPERIMENTAALNE TÖÖ 1

Ainete kontsentratsiooni muutuse mõju tasakaalule

Töö ülesanne ja eesmärk

Le Chatelier ’ printsiip – reaktsiooni tasakaalu nihkumise uurimine lähteainete ja saaduste kontsentratsiooni muutmisel.

Sissejuhatus

Pöörduvad reaktsioonid on reaktsioonid, mis kulgevad nii ühes kui teises suunas ja reaktsiooni lõpuks moodustuvas ainete segus on nii lähteaineid kui saadusi.
Keemiline tasakaal - fikseeritud tingimustel saabub selliste reaktsioonide puhul mingil hetkel olukord, kus ühegi aine kontsentratsioon enam ajas ei muutu. Sellist olukorda nimetatakse keemiliseks tasakaaluks.
Keemiline tasakaal on nn dünaamiline tasakaal, sest protsessid ei ole lõppenud, vaid nad kulgevad vastassuundades ühesuguse kiirusega.
Pöörduva reaktsiooni võrrand üldkujul:
a A + b B c C + d D
Tasakaalukonstant
[A]...[D] – ainete A...D kontsentratsioonid tasakaaluolekus mol/dm3
a,b,c ja d – koefitsendid reaktsioonivõrrandist.
Le Chatelier’ printsiip -
Tingimuste muutmine tasakaalusüsteemis kutsub esile tasakaalu nihkumise suunas, mis paneb süsteemi avaldama vastupanu tekitatud muutustele. Tingimused mida saab muuta, on eelkõige lähteainete kontsentratsioon, temperatuur ja rõhk.

• Lähteainete kontsentratsiooni suurendamine nihutab reaktsiooni tasakaalu paremale. Saaduse kontsentratsiooni suurendamine nihutab tasakaalu vasakule (lähteainete tekke suunas).
  
• Temperatuuri tõstmine nihutab endotermilise reaktsiooni tasakaalu paremale, eksotermilise reaktsiooni tasakaalu aga vasakule.
  
• Rõhu tõstmine gaasiliste ainete osavõtul kulgevates tasakaalureaktsioonides nihutab tasakaalu suunas, kus gaasiliste ainete molekulide arv väheneb.
  

Kasutatud mõõteseadmed, töövahendid ja kemikaalid

Kasutatud ained: FeCl3 ja NH4SCN küllastunud lahused , tahke NH4Cl .
Töövahendid: Katseklaaside komplekt.

Töö käik

Kirjutada välja tasakaalukonstandi avaldis raud(III)kloriidi ja ammooniumtiotsünaadi lahuste vahelisele reaktsioonile:
FeCl3(aq) + 3NH4SCN(aq) Fe(SCN)3(aq) + 3NH4Cl(aq)
Fe(SCN)3(aq) – punane
Hinnata millises suunas nihkub tasakaal, kui suurendada FeCl3 kontsentratsiooni, NH4SCN kontsentratsiooni ja NH4Cl kontsentratsiooni.
Hinnata tasakaalukonstandi avaldise põhjal kumma aine, kas NH4SCN või FeCl3 kontsentratsiooni suurendamine mõjutab tasakaalu enam.
Kontrollida tasakaalu nihkumist katseliselt. Selleks võtta keeduklaasi 20 ml destilleeritud vett ja tekkinud punane lahus võrdsete osadena nelja katseklaasi.
Lahuse punane värvus on tingitud reaktsioonil tekkivast raud(III)tiotsünaadist, kus värvi intensiivsus oleneb tema kontsentratsioonist. Reaktsiooni tasakaalu nihkumist on lihtne jälgida lahuse värvuse muutumise järgi.
Esimene katseklaas jätta võrdluseks.
Teise katseklaasi lisada 2 tilka FeCl3 lahust, kolmandasse lisada 2 tilka NH4SCN lahust, neljandasse lisada tahket NH4Cl ja loksutada tugevasti.

Katseandmed

FeCl3(aq) + 3NH4SCN(aq) Fe(SCN)3(aq) + 3NH4Cl(aq)
Fe(SCN)3(aq) – punane

Katseandmete töötlus ja tulemuste analüüs

Kirjutan välja tasakaalukonstandi:
Hindan, millises suunas liigub nihkub tasakaal kui suurendada

FeCl3 kontsentratsiooni?
Tasakaal nihkub paremale ehk saaduste poole.

NH4SCN kontsentratsiooni?
Tasakaal nihkub paremale ehk saaduste poole.

NH4Cl kontsentratsiooni?
Tasakaal nihkub vasakule ehk lähteainete suunas.
Kontrollin tasakaalu nihkumist katseliselt.

Esimene katseklaas jääb värvi võrdluseks.

Lisan kaks tilka FeCl3 lahust. Lahuse värvus muutub tumedamaks. Tasakaal nihkub paremale ehk saaduste tekkimise suunas.

Lisan kaks tilka NH4SCN lahust. Lahus muutub tumedamaks kui esimeses katseklaasis, kuid jääb heledamaks kui teises katseklaasis (muutus on väiksem võrreldes FeCl3 lisamisega), tasakaal nihkub jälle paremale ehk saaduste tekkimise suunas.

Lisan tahket NH4Cl ja loksutan tugevasti. Lahuse värvus muutub heledamaks. Tasakaal nihkub vasakule ehk lähteainete suunas.

Kokkuvõte:

Uurisin tasakaali nihkumist kui muuta FeCl3, NH4SCN ja NH4Cl kontsentratsiooni.

EKSPERIMENTAALNE TÖÖ 2

Reaktsioonikiiruse sõltuvus lähteainete kontsentratsioonist ja temperatuurist

Töö eesmärk

Reaktsioonikiirust mõjutavate tegurite mõju uurimine, reaktsiooni järgu määramine, graafikute koostamine.

Sissejuhatus

Reaktsioonikiirus homogeenses süsteemis näitab reageerivate ainete kontsentratsioonide muutust ajaühikus

• Lähteainete kontsentratsiooni tõstmine suurendab reaktsioonikiirust
  

Kiirus v1 sõltub lähteainete kontsentratsioonidest järgmiselt:
k1 – reaktsiooni kiiruskonstant
p – reaktsiooni järk aine A suhtes
q – reaktsiooni järk aine B suhtes
p+q – reaktsiooni summaarne järk

• Mida kõrgem on temperatuur, seda suurem on reaktsioonikiirus
  

vt1 - reaktsioonikiirus temperatuuril t1
vt2 – reaktsioonikiirus temperatuuril t2
γ – reaktsiooni temperatuuritegur (γ ≈ 2...4)
Reaktsiooni temperatuuri tõstmine 10 ºC võrra suurendab reaktsioonikiirust kaks kuni neli korda.
Katalüsaatortid – ained, mis muudavad reaktsiooni kiirust.
Heterogeensete reaktsioonide korral, kus reageerivad ained on erinevates agregaatolekutes, mõjutab reaktsioonikiirust ka reageerivate ainete kokkupuutepinna suurus.

Kasutatud mõõteseadmed, töövahendid ja kemikaalid

Kasutatud ained: 1%-ne Na2S2O3 lahus, 1%-ne H2SO4 lahus.
Töövahendid: Büretid, katseklaaside komplekt (8 tk), kummikork, pesupudelid, suurem keeduklaas , termomeeter , elektripliit.

Töö käik

Reaktsioonikiiruse sõltuvust reageerivate ainete kontsentratsioonist ning temperatuurist on hea vaadelda väävelhappe ning naatriumsulfaadi vahelise reaktsiooni reaktsiooni abil.
Selles reaktsioonis tekkiv hägune väävlisade on hõlpsasti jälgitav ning suhteliselt lahjade (≈1%) lahuste korral on ajavahemik lahuste kokkuvalamise hetkest kuni hägu tekkimiseni mõni minut.

• Katse 1
  

Kaheksa katseklaasi jagada neljaks paariks. Ühes katseklaasis Ühes katseklaasis igast paarist on väävelhappelahus, teises naatriumtiosulfaadilahus, mille kontsentratsioon paariti erineb. Algul täita neli katseklaasi lahusega – igasse katseklaasi 6(6 ml). Erineva kontsentratsiooniga
lahused valmistada järgmiselt:
ühte katseklaasi mõõta 6 lahust,
teise 4
lahust ja 2
destilleeritud vett,
kolmandasse 3
lahust ja 3 vett,
neljandasse 2
lahust ning 4
vett.
Katses mõõta aega lahuste kokkuvalamise momendist kuni hetkeni, mil lahus on muutunud häguseks. Selleks võtta esimene paar, valada lahused ühte katseklaasi kokku, sulgeda katseklaas korgiga ning segada katseklaasi kiiresti paar korda ümber pöörates. Samal momendil fikseerida kella või stopperiga katse algus ning, kui tekib hägu, katse lõpp. Samamoodi toimida teise, kolmanda ja neljanda paariga.

• Katse 2
  

Kui katseklaasid on hoolikalt pestud, võib alustada järgmist katset. Jällegi võtta neli paari katseklaase. Et neid hiljem mitte segi ajada, märgistada Na2S2O3 lahust sisaldavad katseklaasid ühtmoodi ja katseklaasid väävelhappelahusega teistmoodi.
Üks katseklaas igast paaris täita 4 cm3 väävelhappelahusega, teine 4 cm3 Na2S2O3 lahusega. Edasi täita poolenisti veega üks suurem keeduklaas ning asetada sinna kõik katseklaasid ning termomeeter. Siis tõsta keeduklaas koos katseklaasidega elektripliidile ning hakata jälgima temperatuuri tõusu.
Katsed sooritada temperatuuridel 30⁰C, 40⁰C, 50⁰C, 60⁰C.
Kui temperatuuri on jõudnud ~32⁰C, tõsta keeduklaas koos katseklaasidega pliidilt maha, võtta kätte esimese paari katseklaasid, valada lahused kokku, segada kiiresti ning asetada siis katseklaas kohe sooja vette tagasi. Mõõta aega lahuste kokkuvalamise hetkest kuni hägu tekkimiseni.
Seejärel võib keeduklaasi uuesti pliidile asetada ning tõsta temperatuuri ~42 °C-ni. Siis võtta keeduklaas taas pliidilt ning korrata katset järgmise lahustepaariga. Oluline on, et hägu teket jälgitaks sooja vee sees. Vastasel juhul jahtub katseklaas kiiresti maha ning saadakse vale sõltuvus. Samamoodi tehakse kõik neli katset.

Katseandmed

Reatsioonikiiruse sõltuvus Na2S2O3 kontsentratsioonist
Katse-klaaside paar
maht
H₂O maht
Kontsentrat-sioon
Aeg min
Reaktsiooni-kiirus
v=1/
1
6
0
6
1:02
0,97
2
4
2
4
1:25
0,71
3
3
3
3
2:28
0,41
4
2
4
2
3:00
0,33
Reaktsioonikiiruse sõltuvus temperatuurist
Katseklaaside paar
Katse temperatuur t C°
Aeg min
Reaktsiooni-kiirus
v=1/
1
30̊ C
0:31
1,94
2
40̊ C
0:23
2,61
3
50̊ C
0:10
6
4
60̊ C
0:08
7,5

Katseandmete töötlus ja tulemuste analüüs

Katsetulemuste põhjal tabelis joonestan 2 graafikut .
Ülesanne 2
Arvutan reaktsiooni keskmise temperatuuri .
30°C – 40°C
40°C – 50°C
50°C – 60°C
Arvutan keskmise temperatuuriteguri:
63
Ülesanne 3 Järeldused:

Reaktsioonikiirus on sõltuv Na2S2O3 kontsentratsioonist, mida rohkem on Na2S2O3 lahuses, seda kiirem oli reaktsioon . Reaktsioon on Na2S2O3 suhtes esimest järku.

Uuritud reaktsiooni kiirus temperatuuri tõstmisel 10 oC võrra tõuseb umbes 1,63 korda.

Kokkuvõte

Uurisin reaktsioonikiiruse sõltuvust lähteainete kontsentratsioonist ja reaktsioonikiiruse sõltuvust temperatuurist. Katse tulemused esitasin tabelites ja selle järgi koostasin graafikud. Reaktsioon on Na2S2O3 suhtes esimest järku.