Keemiline tasakaal ja reaktsioonikiirus (0)

Keemiline tasakaal ja reaktsioonikiirus
Laboratoorne töö nr. 1
Töö läbiviija :
Õppejõud:
Eksperimentaalne töö nr.1
Ainete kontsentratsiooni muutuse mõju tasakaalule
Töö eesmärk:
Le Chatelier’ printsiip – reaktsiooni tasakaalu nihkumise uurimine lähteainete ja saaduste kontsentratsiooni muutumisel.
Kasutatavad ained:
FeCl3 ja NH4SCN küllastatud lahused , tahke NH4Cl .
Töövahendid:
Katseklaaside komplekt.
Töö käik:
Kirjutada välja tasakaalukonstandi avaldis raud(III)kloriidi ja ammooniumtiotsüanaadi lahuste vahelisele reaktsioonile
FeCl3(aq) + 3NH4SCN(aq) Fe(SCN)3(aq) + 3NH4Cl(aq)
(punane)
Hinnata, millises suunas nihkub tasakaal, kui suurendada

FeCl3 kontsentratsiooni

NH4SCN kontsentratsiooni

NH4Cl kontsentratsiooni?
Hinnata tasakaalukonstandi avaldise põhjal kumma aine, kas NH4SCN või FeCl3 kontsentratsiooni suurendamine mõjutab tasakaalu enam.
Kontrollida tasakaalu nihkumist katseliselt. Selleks võtta keeduklaasi 20 ml destilleeritud vett ja lisada 1 tilk FeCl3 lahust ning 1 tilk 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 muutmise järgi.

• Esimene katseklaas jätta võrdluseks
  
• Teise katseklaasi lisada kaks tilka FeCl3 lahust. Mida võib tähele panna? Kummas suunas nihkub tasakaal?
  
• Kolmandasse katseklaasi lisada 2 tilka NH4SCN 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.
  

Katseklaasi number
Lisatav aine
Värvuse muutus
Tasakaalu nihkumine

katseklaas
Ei lisa midagi, kuna jätsime võrdluseks
Jäi samaks (punakas- oranž )
Jääb paigale

katseklaas
FeCl3
Tumedamaks
Paremale ehk saaduste tekke suunas, kuna tekib juurde Fe(SCN)3, mis muudab lahuse tumedamaks

katseklaas
NH4SCN
Tumedamaks
Paremale ehk saaduste tekke suunas, kuna tekib juurde Fe(SCN)3, mis muudab lahuse tumedamaks

katseklaas
NH4Cl
Heledamaks
Vasakule ehk lähteainete tekke suunas
4.
3.
2.
1..
Kõige rohkem mõjutab reaktsiooni tasakaalu FeCl3 lisamine.
Kokkuvõte: Reaktsiooni tasakaal liigub lähteainete kontsentratsiooni suurendamisel saaduste tekke suunas ja saaduste kontsentratsiooni suurendamisel lähteainete tekke suunas. Kolmandasse katseklaasi lisasin 2 tilka NH4SCN lahust ning muutus oli väiksem võrreldes FeCl3 lisamisega.
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 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 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 Na2S2O3 kontsentratsioon kõige väiksem.
Reaktsioonikiiruse sõltuvus Na2S2O3 kontsentratsioonist
Katseklaaside paar
Na2S2O3 maht cm3
H2O maht cm3
Na2S2O3 suhteline kontsentratsioon
Aeg
τ
min
Reaktsioonikiirus
ν=1/τ
min-1
1
6
0
6
0,5
2
2
4
2
4
0,598
1,67
3
3
3
3
0,87
1,15
4
2
4
2
1,33
0,75
Kokkuvõte: Katsete põhjal saab järeldada, et mida madalam on Na2S2O3 suhteline kontsentratsioon seda aeglasem on reaktsioonikiirus. Na2S2O3 kontsentratsiooni tõstes aga ka reaktsioonikiirus kasvab. Kui kontsentratsioon on 2, siis reaktsioonikiirus on 0,75 min-1, kuid kui kontsentratsiooni tõsta 6ni, siis reaktsioonikiirus on kasvanud 1,25 min-1 võrra.
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 kokkuvalamisemomendist 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.
Reaktsioonikiiruse sõltuvus temperatuurist
Katseklaaside paar
Katse temperatuur
t °C
Aeg
τ
min
Reaktsioonikiirus
ν=1/τ
min-1
1
25
0,35
2,7
2
35
0,25
4,0
3
45
0,087
11,49
4
55
0,06
16,67
Kokkuvõte: Katsete põhjal saab järeldada, et mida madalam on temperatuur, seda väiksem on reaktsioonikiirus. Kui temperatuuri järk-järgult tõsta, siis reaktsioonikiirus kasvab. Näiteks kui 25°C juures oli reaktsioonikiirus 2,7 min-1, siis tõstes temperatuuri 10°C võrra suurenes reaktsioonikiirus 1,3 min-1 võrra. Seega mida kõrgem on temperatuur seda suurem on reaktsioonikiirus.