Ainete kontsentratsiooni muutuse mõju tasakaalule (0)

Eksperimentaalne töö 1
Ainete kontsentratsiooni muutuse mõju tasakaalule
Töö ülesanne ja eesmärgid
Le Chatelier ’ printsiip – reaktsiooni tasakaalu nihkumise uurimine lähteainete ja saaduste kontsentratsiooni muutumisel.
Sissejuhatus
Tasakaalukonstant
aA + bB → cC + dD
[A]...[D] – ainete A...D kontsentratsioonid tasakaaluolekus mol/dm3
A, b, c, ja d – koefitsiendid 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 - lähteainete kontsentratsiooni suurendamine nihutab reaktsiooni tasakaalu paremale.
  
• temperatuur – temperatuuri tõstmine nihutab endotermilise reaktsiooni tasakaalu paremale, eksotermilise reaktsiooni tasakaalu vasakule.
  
• Rõhk – rõhu tõstmine gaasiliste ainete osavõtul kulgevates tasakaalureaktsioonides nihutab tasakaalu suunas, kus gaasiliste ainete molekulide arv väheneb
  

Kasutatud mõõteseadmed , töövahendid ja kemikaalid
Kasutatud töövahendid: Katseklaaside komplekt
Kasutatud ained: FeCl3 ja NH4SCN küllastunud lahused , tahke NH4Cl
Kasutatud uurimis - ja analüüsimeetodid ning metoodikad
Meetod: Lahuse värvuse muutuse põhjal reaktsiooni tasakaalu hindamine.
Metoodika: Kirjutada välja tasakaalukonstandi avaldis raud(III)kloriidi ja amooniumtiotsünaadi lahuste vahelisele reaktsioonile
FeCl3(aq) + 3NH4SCH(aq) = Fe(SCN)3(aq) + 3NH4Cl(aq)
(punane)
Hinnata, millises suunas nihkub tasakaal, kui suurendada

FeCl3 kontsentratsiooni

NH4SCH kontsentratsiooni

NH4Cl kontsentratsiooni?
Hinnata tasakaalukonstandi avaldise põhjal kumma aine, kas NH4SCH või FeCl3 kontsentratsiooni suurendamine mõjutab tasakaalu enam.
Kontrollida tasakaalu nihkumist katseliselt. Selleks võtta keeduklaasi 20 ml destilleeritud vett ja lisada 1...2 tilka küllastunud FeCl3 lahust ning 1...2 tilka NH4SCN lahust. Segada hoolikalt ning jagada tekkinud punane lahus võrdsete osadena nelja katseklaasi. Lahuse punane värvus on tingitud reaktsioonil tekkivast raud(III)tiotsüanaadist, kus värvi intensiivsus oleneb tema kontsentratsioonist. Reaktsiooni tasakaalu nihkumist on lihtne jälgida lahuse värvuse muutumise järgi.

• Esimene katseklaas jätta võrdluseks.
  
• Teise katseklaasi lisada kaks tilka FeCl3 lahust.
  
• Kolmandasse katseklaasi lisada kaks tilka NH4SCH lahust.
  
• Neljandasse katseklaasi lisada tahket NH4Cl ja loksutada tugevasti.
  

Katseandmete töötlus ja tulemuste analüüs
Reaktsioonivõrrand:
FeCl3(aq) + 3NH4SCN(aq) → Fe(SCN)3(aq) + 3NH4Cl(aq)
Hinnata, millises suunas nihkub tasakaal, kui suurendada
a) FeCl3 kontsentratsiooni – paremale ehk saaduste poole
b) NH4SCN kontsentratsioon – saaduste poole
c) NH4Cl kontsentratsiooni – vasakule ehk algainete suunas
Tasakaalukonstandi avaldis reaktsioonile
Tasakaalu konstandi põhjal saab öelda, et FeCl3 kontsentratsiooni suurendamine mõjutab tasakaalu enam.
Tasakaalu nihkumise kontrollimine katseliselt:
Esimese katseklaas jääb võrdluseks.
Teise katseklaasi lisasin kaks tilka FeCl3 lahust, lahus muutub tumepunaseks, järelikult tasakaal nihkub saaduste poole, kuna tekib juurde Fe(SCN)3, mis muudab lahuse tumedamaks
Kolmandasse katseklaasi lisasin kaks tilka NH4SCN lahust, lahus muutub tumedamaks, kuid siiski jääb heledamaks, kui teine katseklaas, järelikult tasakaal nihkub saaduste poole.
Neljandasse katseklaasi lisasin tahket NH4Cl, lahus läheb heledamaks, järelikult tasakaal läheb lähteainete poole.
Kokkuvõte
Tasakaalu konstant ja katse näitasid mõlemad, et suurendades lähteainete kontsentratsioone, nihkub tasakaal paremale ja suurendades saaduste kontsentratsiooni läheb tasakaal vasakule.
Eksperimentaalne töö 2
Reaktsioonikiiruse sõltuvus lähteainete kontsentratsioonist
ja temperatuurist
Töö ülesanne ja eesmärgid
Reaktsioonikiirust mõjutavate tegurite mõju uurimine, reaktsiooni järgu määramine, graafikute koostamine.
Sissejuhatus
Temperatuuri mõju reaktsioonikiirusele
Mida kõrgem on temperatuur, seda intensiivsem on molekulide soojusliikumine ja suurem nende kineetiline energia. See suurendab molekulide efektiivsete kokkupõrgete tõenäosust ning koos sellega reaktsioonikiirust.
Van't Hoffi reegel
Temperatuuri tõstmine 10 °C võrra suurendab reaktsioonikiirust kaks kuni neli korda.
– reaktsioonikiirus temperatuulil t1
– reaktsioonikiirus temperatuuril t2
γ – reaktsiooni temperatuuritegur (γ ≈ 2…4)
Kasutatud mõõteseadmed, töövahendid ja kemikaalid
Kasutatud mõõteseadmed: büretid, termomeeter
Kasutatud töövahendid: katseklaaside komplekt (8tk), kummikork, pesupudelid, suurem keeduklaas , elektripliit
Kasutatud ained: 1%-ne Na2S2O3 lahus, 1%-ne H2SO4 lahus
Katse 1:
Kasutatud uurimis- ja analüüsimeetodid ning metoodikad
Meetod: Erinevate kontsentratsioonidega lähteainetega reaktsiooni kiiruse mõõtmine ja tulemuste võrdlemine
Metoodika: Kaheksa katseklaasi jagada neljaks paariks. Ühes katseklaasis igast paarist on väävelhappelahus , teises naatriumtiosulfaadilahus, mille kontsentratsioon paariti erineb. Algul täita neli katseklaasi H2SO4 lahusega – igasse katseklaasi 6 cm3. Erineva kontsentratsiooniga Na2S2O3 lahused valmistada järgmiselt:

• ühte katseklaasi mõõta 6 cm3 Na2S2O3 lahust
  
• teise 4 cm3 Na2S2O3 lahust ja 2 cm3 destilleeritud vett
  
• kolmandasse 3 cm3 Na2S2O3 lahust ja 3 cm3 vett
  
• neljandasse 2 cm3 Na2S2O3 lahust ja 4 cm3 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. Et aega kokku hoida, võib ülejäänud paarid omavahel kokku valada enam-vähem korraga, kiiresti kõik läbi segada käivitada kell ning oodata hägu tekkimist algul teises, siis kolmandas ja lõpuks neljandas paaris, milles on Na2S2O3 kontsentratsioon kõige väiksem.
Katseklaaside paar
NA2S203 maht cm3
H2O maht cm3
Na2S2O3 suhteline kontsentratsioon
Aeg τ min
Reaktsioonikiirus v=1/τ min-1
1
6
0
6
0,53
1,89
2
4
2
4
0,83
1,2
3
3
3
3
1,14
0,88
4
2
4
2
1,64
0,61
Katseandmed
Katseandmete töötlus ja tulemuste analüüs
Katse 2:
Kasutatud uurimis- ja analüüsimeetodid ning metoodikad
Meetod: Erinevatel temperatuuridel toimuvate reaktsioonide kiiruse mõõtmine ja tulemuste võrdlemine
Metoodika: Kui katseklaasid on hoolikalt pestud, võib alustada järgmist katset. Jällegi võtta neli paari katseklaase. Et neid hiljem mitte segi ajada, märgistada katseklaasid, mis sisaldavad Na2S2O3 ühtemoodi , ja katseklaasid väävelhappelahusega teistmoodi.
Üks katseklaas igast paarist 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 ja 600C.
Kui temperatuur on jõudnud ~320C-ni, tõsta keeduklaas koos katseklaasidega pliidilt maha, võtta kätte esimese paari katseklaasid valada lahused kokku, segada kiiresti ning asetada katseklaas kohe sooja vette tagasi. Mõõta aeg lahuste kokkuvalamise momendist kuni hägu tekkimiseni.
Seejärel võib keeduklaasi uuesti pliidile asetada ning tõsta temperatuuri ~420C-ni. Siis võtta keeduklaas taas pliidilt ning korrata katset järgmise lahustepaaridega. 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
Katseklaaside paar
Katse temperatuur ˚C
Aeg τ min
Reaktsioonikiirus
v=1/τ min-1
1
30
0,42
1,38
2
40
0,33
3,03
3
50
0,12
8,33
4
60
0,02
50
Katseandmete töötlus ja tulemuste analüüs
Arvutan reaktsiooni keskmise temperatuuriteguri. Selleks leian algul kolmele tempetaruurivahemikule temperatuuritegurid eraldi, kasutades van’t Hoffi reeglit
Vahemikus 30-40˚C:
Vahemikus 40-50˚C:
Vahemikus 50-60˚C:
Keskmine:
Kokkuvõte
Katsed tõestasid, et mida suurem on ainete kontsentratsioon, seda suurem on reaktsioonikiirus ja mida kõrgem on temperatuur, seda suurem on reaktsioonikiirus. Na2S2O3 suhtes on tegemist esimest järku reaktsiooniga. Keskmiselt tõuseb reaktsioonikiirus iga 10 °C juures 3,65 korda.