Keemia aluste praktikum nr 3 (2)

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.
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. Fikseeritud tingimustel saabub 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. [C]C [A]A [B]B [D]D
Kc=[C]C * [D]D / [A]A * [B]B
[A]...[D] – ainete A...D kontsentratsioonid tasakaaluolekus mol/dm3
a, b, c, ja d – koefitsiendid reaktsioonivõrrandist
Kuna tasakaalusegus võib olla nii lähteaineid kui saadusi, siis kuidas saavutada just saaduste võimalikult kõrge sisaldus ehk kuidas nihutada tasakaalu paremale saaduste tekke suunas. Hinnangut võimaldab anda 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.
Kontsentratsiooni puhul on see määratletav massitoimeseadusega.
v1=k1*Cpa*Cqa
k1 – reaktsiooni kiiruskonstant
p – reaktsiooni järk aine A suhtes
q – reaktsiooni järk aine B suhtes
p + q – reaktsiooni summaarne järk
Temperatuuri puhul on see määratletav van't Hoffi reegeliga: temperatuuri tõstmine 10 °C võrra suurendab reaktsioonikiirust kaks kuni neli korda.
Katalüsaatorite toime. Katalüsaatorid on ained, mis muudavad reakt-sioonikiirust. Osaledes mingis reaktsiooni järgus, taastuvad nad reaktsiooni lõpuks keemiliselt ja endises hulgas. Katalüsaatorite mõju on selektiivne: katalüsaator kiirendab ainult kindlat reaktsiooni ja sellise katalüsaatori leidmine eeldab sageli mahukaid eksperimente.
Heterogeensete reaktsioonide korral, kus reageerivad ained on erinevates agregaatolekutes, mõjutab reaktsioonikiirust ka reageerivate ainete kokkupuutepinna suurus. Tahkete ainete reageerimise kiirust saab oluliselt tõsta neid peenestades, vedelikke võib aga pihustada.
Eksperimentaalne töö 1
Ainete kontsentratsiooni muutuse mõju tasakaalule
Töö ülesanne ja eesmärk
Le Chatelier' printsiip – reaktsiooni tasakaalu nihkumise uurimine lähteainete ja saaduste kontsentratsiooni muutmisel.
Kasutatud mõõteseadmed, töövahendid ja kemikaalid
FeCl3 ja NH4SCN küllastatud lahused, tahke NH4Cl. Katseklaaside komplekt.
Kasutatud uurimismeetod
Igasse katseklaasi lisada võrdne kogus algset lahust ning lahuste kontsentratsiooni kontrollimiseks tigutada igasse katseklaasi erinev aine, et jälgida millises suunas nihkub tasakaal.
Katseandmed
FeCl3(aq) + 3NH4SCN(aq) ↔ Fe(SCN)3(aq) + 3NH4Cl(aq)
Kõik neli katseklaasi on täidetud alguses sama lahusega. Lahuses on 20 ml destilleeritud vett,
2 tilka küllastatud FeCl3 lahust ning 2 tilka NH4SCN lahust.
Katseandmete analüüs
Esimene katseklaas jätsin võrdluseks.
Teise katseklaasi lisasin 2 tilka FeCl3 lahust ja lahus läks märgatavalt punasemaks ehk tasakaal nihkus vasakule.
Kolmandasse katseklaasi lisasin 2 tilka NH4SCN lahust ja lahus läheb kergelt punakamaks, aga mitte nii punaseks kui see läks FeCl3 lisamisel. Tasakaal nihkus vasakule.
Neljandasse katseklaasi lisasin tahket NH4Cl lahust, mille lisamisel muutus lahus tunduvalt heledamaks ehk tasakaal nihkus paremale. NH4Cl lahus pärsib nende ainete reageerimist, mis lahuse punaseks teevad, ja seega kui lisada NH4Cl lahusesse muutub see heledamaks.
Kokkuvõte
Töö tuli välja edukalt, sest kõik ained reageerisid silmnähtavalt. Tasakaalu nihkumist oli hea määrata ainete värvi muutumise põhjal.
Eksperimentaalne töö 2
Reaktsioonikiiruse sõltuvus lähteainete kontsentratsioonist ja temperatuurist
Töö ülesanne ja eesmärk
Reaktsioonikiirust mõjutavate tegurite mõju uurimine, reaktsiooni järgu määramine, graafikute koostamine.
Kasutatavad mõõtmeseaded, töövahendid ja kemikaalid
1%-ne Na2S2O3 lahus, 1%-ne H2SO4 lahus. Büretid, katseklaaside komplekt (8 tk), kummikork, pesupudelid, suurem keeduklaas, termomeeter , elektripliit.
Katse 1
Kasutatud uurimismeetodid
Kõik katseklaasid jagasin paaridesse ning täitsin igast paarist ühe 6 cm3 H2SO4 lahusega. Seejärel lisasin teistesse paaridesse vastavalt 6 cm3 Na2S2O3 lahust, 4 cm3 Na2S2O3 lahust ja
2 cm3 destilleeritud vett, 3 cm3 Na2S2O3 lahust ja 3 cm3 vett ning 2 cm3 Na2S2O3 lahust ning
4 cm3 vett. Katseklaaside vastavad paarid valasin kokku ning stopperiga mõõtsin aega, mis kulus hägu tekkimiseks.
Katseandmete töötlus ja tulemuste analüüs
Katseklaaside paar
Na2S2O3 maht cm3
H2O maht cm 3
Na2S2O3 suhteline kontsentratsioon
Aeg t min
Reaktsioonikiirus v= -1
1
6
0
6
00:00:55 min
1,81 min-1
2
4
2
4
00:01:44 min
0,694 min-1
3
3
3
3
00:02:00 min
0,5 min-1
4
2
4
2
00:03:00 min
0,33 min-1
Kokkuvõte
Katse eesmärgiks oli selgitada välja, kuidas mõjutab Na2S2O3 sisaldus lahuses reaktsiooni kulgemise kiirust. Seda sai kontrollida vee hulga järgi, mis igas katseklaasis oli erinev. Reaktsiooni kiirus langes koos vee mahu kasvamisega ning sellest saab järeldada, et mida suurem oli Na2S2O3 kontsentratsioon, seda kiiremini reageeris ta väävelhappega. Tabelist ja graafikult on see korrapärasus nähtav.
Katse 2
Kasutatud uurimismeetodid
Kaheksa katseklaasi jagasin paaridesse ning täitsin igast paarist ühe katseklaasi 4 cm3 väävelhappelahusega ja teise 4 cm3 Na2S2O3 lahusega. Kõik katseklaasid panin pooleldi vett täis keeduklaasi, mille asetasin pliidile. Teatud temperatuuridel võtsin ühe paari katseklaase keeduklaasist välja, valasin kokku ning stopperiga võtsin aega, mis kulus hägu tekkimiseks.
Katseandmete töötlus ja tulemuste analüüs
Katseklaaside paar
Katse temperatuur, ºC
Aeg t, min
Reaktsioonikiirus
v= -1
1
30ºC
00:00:25 min
4 min-1
2
40 ºC
00:00:14 min
7,14 min-1
3
50 ºC
00:00:09 min
11,11 min-1
4
60 ºC
00:00:05 min
20 min-1
Kokkuvõte
Katse eesmärgiks oli hinnata, kuidas mõjutab temperatuuri tõstmine katse reaktsioonikiirust. Temperatuuri tõstmisel 10ºC vahedega oli kiiruse tõus märgatav, see ka kajastus nii tabelis kui ka graafikul.