Keemiline tasakaal ja reaktsioonikiirus (0)

Eksperimentaalne töö 1
Ainete kontsentratsiooni muutuse mõju tasakaalule
Töö eesmärk: Le Chatelier ' printsiip – reaktsiooni tasakaalu nihkumise uurimine lähteainete ja saaduste kontsentratsiooni muutmisel.
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
  

• Hinnata, millises suunas nihkub tasakaal, kui suurendada
  

a) FeCl3 kontsentratsiooni paremale
b) NH4SCN kontsentratsiooni paremale
c) NH4Cl kontsentratsiooni? vasakule

• Hinnata tasakaalukonstandi avaldise põhjal kumma aine, kas NH4SCN või FeCl3 kontsentratsiooni suurendamine mõjutab tasakaalu enam.
  FeCl3 kontsentratsiooni suurendamine mõjutab tasakaalu enam.
  
• Kontrollida tasakaalu nihkumist katseliselt. Selleks võtta keeduklaasi 20 ml destilleeritud vett ja lisada 1...2 tilka küllastatud 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? Panin tähele, et värv muutus tumedamaks. Tasakaal nihkus paremale.

• Kolmandasse katseklaasi lisada 2 tilka NH4SCN lahust. Kummas suunas nihkub tasakaal? Kas muutus on suurem või väiksem võrreldes FeCl3 lisamisega? Reaktsiooni tasakaal nihkub paremale. Võrreldes FeCl3 lisamisega värv muutus natukene heledamaks.
  
• Neljandasse katseklaasi lisada tahket NH4Cl ja loksutada tugevasti. Kuidas muutub lahuse värvus? Anda selgitus . Lahuse värvus muutub heledamaks, kuna reaktsiooni tasakaal nihkub vasakule.
  

Eksperimentaalne töö 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.
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 ml. Erinevakontsentratsiooniga 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. Mõõdetud ajavahemikud fikseerida tabelis 3.1.
Tabel 3.1.
Reaktsioonikiiruse sõltuvus Na 2S2O3 kontsentratsioonist
Katseklaaside paar
Na2S2O3 maht cm3
H2O maht cm3
Na2S2O3 suhteline
kontsentratsioon
Aeg τ min
Reaktsioonikiirus
v = 1/τ min–1
1
6
0
6
1,13
0,88
2
4
2
4
1,83
0,55
3
3
3
3
2,25
0,44
4
2
4
2
3,83
0,26
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 fikseerida, nagu on näidatud tabelis 3.2.
Tabel 3.2.
Reaktsioonikiiruse sõltuvus temperatuurist
Katseklaaside paar
Katse temperatuur t ,°C
Aeg τ, min
Reaktsioonikiirus v = 1/τ, min–1
1
30
0,67
1,49
2
40
0,32
3,125
3
50
0,20
5
4
60
0,10
10

• Arvutada reaktsiooni keskmine temperatuuritegur . Selleks leida van't Hoffi reegli põhjal temperatuuritegurid (, ja ) algul kolmele temperatuurivahemikule eraldi (vahemikud 30…40 °C; 40…50 °C ja 50…60 °C) ning võtta seejärel nendest keskmine.
  

• Kirjutada järeldused, mis näitavad
  

a) kuidas sõltub reaktsioonikiirus ühe lähteaine Na2S2O3 kontsentratsioonist ning milline on selle reaktsiooni järk Na2S2O3 suhtes.

Kui suurendada Na2S2O3 kontsentratsiooni, siis reaktsiooni kiirus kasvab.
Reaktsioon on I järku.
b) mitu korda tõuseb uuritud reaktsiooni kiirus temperatuuri tõstmisel 10 °C võrra. Uuritud reaktsiooni kiirus tõuseb temperatuuri tõstmisel 10 °C võrra keskmiselt 1,90 korda.
7