Keemia aluste 3. praktikumi protokoll - Ainete kontsentratsiooni muutuse mõju tasakaalule (1)

Eksperimentaalne töö nr. 1
Ainete kontsentratsiooni muutuse mõju tasakaalule
Töö eesmärk: Le Chatelier ’ printsiip – reaktsiooni tasakaalu nihkumise uurimine lähteainete ja saaduste kontsentratsiooni muutumisel.
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
Katseklaasi number
Lisatav aine
Värvuse muutus
Tasakaalu nihkumine
1. katseklaas
Võrdluseks
Punakas-oranž
Jääb paigale
2.katseklaas
FeCl3
Tumedamaks
Saaduste tekke suunas ehk paremale, kuna tekib juurde Fe(SCN)3, mis muudab lahuse tumedamaks
3.katseklaas
NH4SCN
Tumedamaks
Saaduste tekke suunas ehk paremale, kuna tekib juurde Fe(SCN)3, mis muudab lahuse tumedamaks
4.katseklaas
NH4Cl
Heledamaks
Lähteainete tekke suunas ehk vasakule
NB! Kõige enam mõjutab reaktsiooni tasakaalu FeCl3
Kokkuvõte: Reaktsiooni tasakaal liigub lähteainete kontsentratsiooni suurendamisel saaduste tekke suunas ja saaduste kontsentratsiooni suurendamisel lähteainete tekke suunas.
Eksperimentaalne töö nr. 2
Reaktsioonikiiruse sõltuvus lähteainete kontsentratsioonist ja temperatuurist
Töö eesmärk: Reaktsioonikiirust mõjutavate tegurite mõju uurimine, reaktsiooni järgu määramine, graafikute koostamine.
Töövahendid: Büretid, katseklaaside komplekt (8tk), kummikork, pesupudelid, suurem keeduklaas , termomeeter , elektripliit.
Kasutatavad ained: 1%-ne Na2S2O3 lahus, 1%-ne H2SO4 lahus.
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.
Katse 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 hakkanud 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. 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 tomida 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 kontsentratsoon kõige väiksem.
Katsetulemused:
Minu mõõdetud tulemused: 1) 1min 12sek 2) 1min 34sek 3) 1min 50sek 4) 2min 30sek
Mõõdetud ajavahemikud on fikseeritud tabelis:
Katseklaaside paar
Na2S2O3 maht cm3
H20 maht cm3
Na2S2O3 suhteline kontsentratsioon
Aeg t min
Reaktsioonikiirus v = 1/t
min-1
1
6
0
6
1,2
0,8333333333333
2
4
2
4
1,567
0,6381620931717
3
3
3
3
1,833
0,545553730431
4
2
4
2
2,5
0,4
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 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.
Katsetulemused:
Minu mõõdetud tulemused: 1) 37sek 2) 17sek 3) 10sek 4) 4sek
Katsetulemused on fikseeritud järgnevas tabelis:
Katseklaaside paar
Katse temperatuur t 0C
Aeg t min
Reaktsioonikiirus
v = l/t min-1
1
30
0,6166666666667
1,62162162153
2
40
0,2833333333333
3,52941176470
3
50
0,1666666666667
5,99999999999
4
60
0,0666666666667
14,9999999999
Reaktsioonikiiruse sõltuvus temperatuurist
Katsearvutused:
Arvutan reaktsiooni keskmise temperatuuriteguri. Selleks leian algul kolmele tempetaruurivahemikule temperatuuritegurid eraldi, kasutades van’t Hoffi reeglit

3,259 = 1,622 * 2) 5,999 = 3,259 *
= 3,259 / 1,622 = 2,009 = 5,999 / 3,259 = 1,841

14,999 = 5,999 *
= 14,999 / 5,999 = 2,500
Keskmine:

= = 2,117
Järeldused:

Reaktsioonikiirus lähteainete Na2S2O2 kontsentratsiooni suurendamisel kasvab, sest mida suurem on kontsentratsioon, seda rohkem osakesi on ruumalaühikus ning seda sagedasemad on nedevahelised kokkupõrked. Tegemist on esimest järku reaktstiooniga.

Uuritud reaktsioonikiirus temperatuuri tõstmisel 10 kraadi võrra tõusis 2,117 korda, st mida kõrgem on tempertatuur, seda suurem on reaktsioonikiirus.