Keemiline tasakaal ja reaktsioonikiirus (4)

Laboratoorne töö 3 Keemiline tasakaal ja reaktsioonikiirus
Eksperimentaalne töö 1 Ainete kontsentratsiooni muutuse mõju tasakaalule
Töö ülesanne ja eesmärk Töö eesmärk on uurida katseliselt Le Chatelier ' printsiipi ­ reaktsiooni tasakaalu nihkumist lähteainete ja saaduste kontsentratsiooni muutmisel.
Sissejuhatus Pöörduvad reaktsioonid on reaktsioonid, mis kulgevad nii ühes kui teises suunas ja reaktsiooni lõpuks moodustuvas ainete segus on nii lähteaineid kui saadusi. Fikseeritud tingimustel saabub selliste reaktsioonide puhul mingil hetkel olukord, kus ühegi aine kontsentratsioon enam ajas ei muutu. Sellist olukorda nimetatakse keemiliseks tasakaaluks.
Pöörduva reaktsiooni võrrand üldkujul:
aA + bB cC + dD
Tasakaaluoleku matemaatiliseks kirjeldamiseks kasutatakse tasakaalukonstanti (KC)
[A]...[D] ­ ainete A...D kontsentratsioonid tasakaaluolekus
a, b, c, d ­ koefitsiendid reaktsioonivõrrandist
Le Chatelier' printsiip
Tingimuste muutmine tasakaalusüsteemis kutsub esile tasakaalu nihkumise suunas, mis paneb süsteemi avaldama vastupanu tekitatud muutusele.
Lähteainete kontsentratsiooni suurendamine nihutab reaktsiooni tasakaalu paremale Temperatuuri tõstmine nihutab endotermilise reaktsiooni tasakaalu paremale, eksotermilise reaktsiooni tasakaalu vasakule Rõhu tõstmine gaasiliste ainete osavõtul kulgevates reaktsioonides nihutab tasakaalu suunas, kus gaasiliste ainete molekulide arv väheneb
Kasutatud mõõteseadmed, töövahendid ja kemikaalid FeCl3 ja NH4SCN küllastunud lahused , tahke NH4Cl , katseklaaside komplekt Katseandmed , katseandmete töötlus ja tulemuste analüüs Tasakaalukonstandi avaldis reaktsiooni jaoks :
Kui suurendada
a) FeCl3 kontsentratsiooni, siis tasakaal nihkub paremale b) NH4SCN kontsentratsiooni, siis tasakaal nihkub paremale c) NH4Cl kontsentratsiooni, siis tasakaal nihkub vasakule
Enam mõjutab tasakaalu FeCl3 kontsentratsiooni suurendamine.
Teine katseklaas ­ lisatud 2 tilka FeCl3 lahust
Lahuse punane värvus muutus tugevamaks, tasakaal nihkus paremale (saaduste tekke suunas)
Kolmas katseklaas ­ lisatud 2 tilka NH4SCN lahust
Lahuse punane värvus muutus tugevamaks, tasakaal nihkus paremale (saaduste tekke suunas) (vähem intensiivne, võrreldes FeCl3 lisamisega)
Neljas katseklaas ­ lisatud tahket NH4Cl
Lahuse värvus muutus heledamaks, tasakaal nihkus vasakule (lähteainete tekke suunas) Eksperimentaalne töö 2 Reaktsioonikiiruse sõltuvus lähteainete kontsentratsioonist ja temperatuurist
Töö ülesanne ja eesmärk Uurida reaktsioonikiirust mõjutavaid tegureid, määrata reaktsiooni järku, koostada graafikuid
Sissejuhatus Reaktsioonikiirus homogeenses süsteemis näitab reageerivate ainete kontsentratsioonide muutust ajaühikus
Lähteainete kontsentratsiooni tõstmine suurendab reaktsioonikiirust Kiirus v1 sõltub lähteainete kontsentratsioonidest järgmiselt: v1= x CAp x CBq k1 ­ reaktsiooni kiiruskonstant p ­ reaktsiooni järk aine A suhtes q ­ reaktsiooni järk aine B suhtes p+q ­ reaktsiooni summaarne järk Mida kõrgem on temperatuur, seda suurem on reaktsioonikiirus
vt1 - reaktsioonikiirus temperatuuril t1 vt2 ­ reaktsioonikiirus temperatuuril t2 ­ reaktsiooni temperatuuritegur ( 2...4)
Kasutatud mõõteseadmed, töövahendid ja kemikaalid 1% Na2S2O3 lahus, 1% H2SO4 lahus, büretid, katseklaaside komplekt, kummikork, pesupudelid, suurem keeduklaas , termomeeter , elektripliit
Katseandmed
Tabel 1. Reaktsioonikiiruse sõltuvus Na2S2O3 kontsentratsioonist
Katseklaaside Na2S2O3 maht H2O maht Na2S2O3 Aeg Reaktsioonikiirus paar cm3 cm3 suhteline v=1/ kontsentratsioon min min-1
1 6 0 6 0,98 1,02 2 4 2 4 1,33 0,752
3 3 3 3 1,57 0,637
4 2 4 2 2,08 0,481 Tabel 2. Reaktsioonikiiruse sõltuvus temperatuurist
Katseklaaside paar Katse temperatuur Aeg Reaktsioonikiirus t°C v=1/ min min-1 1 30 0,53 1,887 2 40 0,27 3,704 3 50 0,15 6,67 4 60 0,05 20
25
20
15 v , min¹
10
5
0 20 30 40 t, °C 50 60 70
Joonis 1. Reaktsioonikiiruse v sõltuvus katse temperatuurist v=f(t)
1,2
1
0,8 v , min¹
0,6
0,4
0,2
0 0 2 4 6 8 NaSO suhteline kontsentratsioon
Joonis 2. Reaktsioonikiiruse v sõltuvus reageerivate ainete kontsentratsioonist v=f(C)
Katseandmete töötlus ja tulemuste analüüs Keskmise temperatuuriteguri arvutamine 30-40 °C 3,704 = 1,8871 11,96 40-50 °C 6,67=3,704 2 21,8 50-60 °C 20=6,67 3 32,9 Keskmine temperatuuritegur k2,22