Keemia alused protokoll 3 (1)

LABORATOORNE TÖÖ 3
Eksperimentaalne töö 1
Ainete kontsentratsiooni muutuse mõju tasakaalule
Töö eesmärk: Le Chatelier' printsiip – reaktsiooni tasakaalu nihkumise uurimine
lähteainete ja saaduste kontsentratsiooni muutmisel.
Töövahendid: Katseklaaside komplekt.
Kasutatud ained: FeCl3 ja NH4SCN küllastunud lahused , tahke NH4Cl
Töö käik: 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 kontsentretsiooni 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. Mida võib tähele panna? Kummas suunas nihkub tasakaal?
  
• Kolmandasse katseklaasi lisada kaks tilka NH4SCH lahust. Kummas suunas nihkub tasakaal? Kas muutus on suurem või väiksem võrreldes FeCl3 lisamisega?
  
• Neljandasse katseklaasi lisada tahket NH4Cl ja loksutada tugevasti. Kuidas muutub lahuse värvus? Anda selgitus .
  

Katsetulemused :
Kc =
– tasakaalukonstandi avaldis reaktsioonile
Katseklaas (number)
Lisatatud aine
Värvi muutumine
Tasakaalu nihkumine
1.
Jääb võrdluseks
Punakas- oranz
Nihkumist ei ole
2.
FeCl3
(+2tilka)
Tume punane
Tasakaal nihkub paremale, ehk saaduse suunas.
3.
NH4SCN
(+2 tilka)
Tume punane
Tasakaal nihkub paremale, ehk saaduse suunas.
4.
NH4Cl
Hele punakas-oranz
Tasakaal nihkub vasakule, ehk lähteainete tekke suunas.
Kokkuvõte: Reaktsiooni tasakaal nihkub lähteainete kontsentratsiooni suurendamisel saaduste tekke suunas ja saaduste kontsentratsiooni suurendamisel lähteainete tekke suunas.
NH4Cl kontsentratsiooni suurendamine mõjutab tasakaalu nihkumist rohkem, kui FeCl3 sellepärast, et NH4Cl on kolmas astmes valemis (Kc =...).
Eksperimentaalne töö nr. 2
Reaktsioonikiiruse sõltuvus lähteainete kontsentratsioonist ja temperatuurist.
Töö eesmärk:
Reaktsioonikiirust mõjutavate tegurite mõju uurimine, reaktsiooni järgu
määramine, graafikute koostamine.
Kasutatavad 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 naatriumtiosulfaadi
vahelise reaktsiooni abil
Na2S2O3 + H2SO4 → Na2SO4 + H2O + SO2 + S ↓
Selles reaktsioonis tekkiv hägune väävlisade on hõlpsasti jälgitav ning suhteliselt lahjade (~ 1%) lahuste korral on ajavahemik lahuste kokkuvalamise hetkest kuni hägu tekkimiseni mõni minut.
Töö õnnestumise eelduseks on puhtus. Katseklaasid tuleb enne töö algust pesta hoolikalt kraanivee ja harjaga ning loputada 2...3 korda destilleeritud veega. Samuti toimitakse kahe katse vahel ning töö lõpul.
Eksida ei tohi bürettide täitmisel – õige lahus õigesse büretti. Kui mõnes büretis on hakanud tekkima hägu, tuleb bürett puhtaks pesta, loputada mõned korrad lahusega, millega bürett täidetakse, ning alustada tööd otsast peale.
Katse 1
Reaktsioonikiiruse sõltuvus lähteainete kontsentratsioonist.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 (6 ml). Erineva kontsentratsiooniga Na2S2O3lahused valmistada järgmiselt:
1.ühte katseklaasi mõõta 6 cm3 Na2S2O3 lahust,
2.teise 4 cm3 Na2S2O3 lahust ja 2 cm3 destilleeritud vett,
3. kolmandasse 3 cm3 Na2S2O3 lahust ja 3 cm3 vett,
4.neljandasse 2 cm3 Na2S2O3 lahust ning 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 Na2S2O3kontsentratsioon kõige väiksem.
Katsetulemused:
Katseklaaside numbrid
Na2S2O3 (maht cm3)
H20( maht cm3)
Na2S2O3 suhteline kontsentratsioon
Aeg t min
Reaktsioonikiirus v = 1/t
min-1
1
6
0
6
1,17
0.855
2
4
2
4
1,43
0.699
3
3
3
3
2.23
0.448
4
2
4
2
2,58
0.388
Reaktsioonikiiruse sõltuvus Na2S2O3 kontsentratsioonist:
Katse 2
Reaktsioonikiiruse sõltuvus temperatuurist 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 ühtmoodi, 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 30 °C, 40 °C, 50 °C ja 60 °C.
Kui temperatuur on jõudnud ~32 °C-ni, 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 aeg lahuste kokkuvalamise momendist 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.
Katsetulemused:
Katseklaaside numbrid
Katse temperatuur t 0C
Aeg t min
Reaktsioonikiirus
v = l/t min-1
1
30
0,39
2,564
2
40
0,32
3,125
3
50
0,17
5,882
4
60
0,08
12,5
Reaktsioonikiiruse sõltuvus temperatuurist:
Katsearvutused:
Arvutada reaktsiooni keskmine temperatuuritegur γk. Selleks leida van't Hoffi reegli põhjal temperatuuritegurid (γ1, γ2 ja γ3) algul kolmele temperatuurivahemikule eraldi (vahemikud 30…40 °C; 40…50 °C ja 50…60 °C) ning võtta seejärel nendest keskmine.

30…40 °C:
3,125=2,564*γ*(40-30)/10
γ1=1.219

40…50 °C
5.882=3.125* γ*(50-40)/10
γ2=1.882

50…60 °C
12.5=5.882*γ*(60-50)/10
γ3=1.742
Kokkuvõte:

Reaktsiooni kiirus suureneb lähteaine Na2S2O3 kontsentratsiooni suurendamisel.

Umbes 2 korda tõuseb uuritud reaktsiooni kiirus temperatuuri tõstmisel 10 °C võrra.