Keemia aluste praktikum - LABORATOORNE TÖÖ 3 - Keemiline tasakaal ja reaktsioonikiirus (0)

LABORATOORNE TÖÖ 3
Keemiline tasakaal ja reaktsioonikiirus
Sissejuhatus:
Keemilised protsessid võib jagada pöörduvateks ja pöördumatuteks. Pöördumatud protsessid kulgevad ühes suunas praktiliselt lõpuni. Selliste protsesside näiteks on mitmed reaktsioonid, mille käigus üks reaktsiooni-saadustest ( gaas või sade) eraldub süsteemist
2KClO3(s) → 2KCl(s) + 3O2(g)
Vastupidises suunas see reaktsioon ei kulge. Paljud reaktsioonid on aga pöörduvad, nad kulgevad nii ühes kui teises suunas ja reaktsiooni lõpuks moodustuvas ainete segus ( tasakaalusegus ) on nii lähteaineid kui saadusi. Sõltuvalt tingimustest (temperatuur, rõhk) nende vahekord tasakaalusegus varieerub. Pöörduvaid reaktsioone märgistatakse sageli kahe vastassuunalise noolega
Fikseeritud tingimustel saabub selliste reaktsioonide puhul mingil hetkel olukord, kus ühegi aine kontsentratsioon enam ajas ei muutu. Sellist olukorda nimetatakse keemiliseks tasakaaluks.
Tasakaaluoleku matemaatiliseks kirjeldamiseks kasutatakse tasakaalukonstanti (Kc), kusjuures molaarseid kontsentratsioone tasakaaluolekus tähistatakse sageli nurksulgudega. Saaduste kontsentratsioonid (vastavates astmetes) on murrujoone peal ja lähteained all.
[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
  

Eksperimentaalne töö 1
Ainete kontsentratsiooni muutuse mõju tasakaalule
Töö eesmärk:
Le Chatelier' printsiip – reaktsiooni tasakaalu nihkumise uurimine lähteainete ja saaduste kontsentratsiooni muutmisel.
Kasutatud mõõteseadmed, töövahendid ja kemikaalid :
Töövahendid: Katseklaaside komplekt. Kasutatud ained: FeCl3, NH4SCN küllastatud lahused, tahke NH4Cl
Kasutatud uurimis - ja analüüsimeetodid ning metoodikad:
Kasutatud on:

• Le Chatelier’ pritntsiipi
  
• Värvuse järgi kontsentratsiooni määramist
  

Töö käik:
Reaktsioonivõrrand:
FeCl3(aq) + 3NH4SCN(aq) → Fe(SCN)3(aq) + 3NH4Cl(aq)
Tasakaal läheb:

paremale, kui suurendada FeCl3 kontsentratsiooni

paremale, kui suurendada NH4SCN kontsentratsiooni

vasakule, kui suurendada NH4Cl kontsentratsiooni
aA + bB → cC + dD
Tasakaalu konstandi põhjal saab öelda, et FeCl3 kontsentratsiooni suurendamine mõjutab tasakaalu enam.
Kontrollin seda katsega:
Valan keeduklaasi 20 ml destilleeritud vett ja lisan 1 tilga küllastunud FeCl3 lahust ning 1 tilga NH4SCN lahust. Segan hoolikalt ning jagan tekkinud punase lahuse 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.
Esimese katseklaasi jätan võrdluseks.
Teise katseklaasi lisan kaks tilka FeCl3 lahust, lahus muutub tumepunaseks, järelikult tasakaal nihkub saaduste poole.
Kolmandasse katseklaasi lisan kaks tilka NH4SCN lahust, lahus muutub tumedamaks(kuid siiski jääb heledamaks, kui teine katseklaas), järelikult tasakaal nihkub saaduste poole.
Neljandasse katseklaasi lisan tahket NH4Cl ja loksutan tugevasti, 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. Sellega on tõestatud Le Chatelier’ printsiip.
Eksperimentaalne töö 2
Reaktsioonikiiruse sõltuvus lähteainete kontsentratsioonist
ja temperatuurist
Töö eesmärk:
Reaktsioonikiirust mõjutavate tegurite mõju uurimine, reaktsiooni järgu määramine, graafikute koostamine.
Kasutatud mõõteseadmed, töövahendid ja kemikaalid:
Töövahendid: Katseklaaside komplekt, büretid, kummikork, pesupudelid, suurem keeduklaas , termomeeter, elektripliit . Kasutatud ained: 1%-ne Na2S2O3 lahus, 1%-ne H2SO4 lahus
Kasutatud uurimis- ja analüüsimeetodid ning metoodikad:
Töö käik:
Katse 1
Võtan 8 katseklaasi, mis jagan neljaks paariks. Igast katseklaasi paarist panen ühte katseklaasi 6 cm3 H2SO4. Katseklaasi paaridest teise katseklaasi panen:

6 cm3 Na2S2O3

4 cm3 Na2S2O3 ja 2 cm3 destilleeritud vett

3 cm3 Na2S2O3 ja 3 cm3 destilleeritud vett

2 cm3 Na2S2O3 ja 4 cm3 destilleeritud vett.
Kallan paaris olevad katseklaaside lahused kokku, panen korgi peale ja segan kiiresti ning mõõdan aega alates lahuste kokkuvalamisest kuni hägu tekkimiseni katseklaasis. Mõõdetud ajavahemikud märgin üles tabelisse. Katsetulemuste alusel joonestan graafiku, mis kirjeldab reaktsioonikiiruse v muutumise sõltuvust reageerivate ainete kontsentratsioonist v=f(C)
Katse-klaaside paar
NA2S203 maht cm3
H2O maht cm3
Na2S2O3 suhteline kontsent- ratsioon
Aeg τ min
Reaktsiooni-kiirus v=1/τ min-1
1
6
0
6
0,783
1,277
2
4
2
4
1,25
0,8
3
3
3
3
1,666
0,6
4
2
4
2
2,5
0,4
Katse 2:
Moodustan kaheksast katseklaasist neli paari ning täidan igast paarist ühe katseklaasi 4 cm3 H2SO4 ning teise 4 cm3 Na2S2O3 lahusega. Täidan suurema keeduklaasi poolenisti veega ning asetan sinna 8 katseklaasi ja termomeetri. Alustan kuumutamist ja 30, 40, 50, 60 kraadi juures võtan katseklaaside paari, valan kokku ja võtan aega hägu tekkimiseni. Teen tabeli leitud aegadest ja joonestan graafiku, mis näitab reaktsioonikiiruse sõltuvust temperatuurist v=f(t)
Katse-klaaside paar
Katse tempera-tuur ˚C
Aeg τ min
Reaktsiooni-kiirus v=1/τ min-1
1
30
0,666
1,5
2
40
0,333
3
3
50
0,166
6
4
60
0,033
30
Leian keskmise temperatuuri teguri:
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 1. järku reaktsiooniga. Keskmiselt tõuseb reaktsioonikiirus iga 10 °C juures 3 korda.