化學反應速度與化學之間平衡
化學試劑,九料化工商城 / 2020-10-23
一、化學反應速度與化學平衡實驗目的
1.了解濃度、溫度、催化劑等對化學反應速度的影響
2.了解濃度和溫度對化學平衡的影響
3.練習取用固體藥品及液體藥品等基本操作。
1.濃度對化學反應速度的影響
化學反應速度與各反應物濃度(以方程式中該物質的系數為指數)的乘積成正比。這一規(guī)律叫做質量作用定律。它僅適用于一步完成的反應一基元反應。實際上,很多反應是分成幾個連續(xù)的過程來進行的。這時,質量作用定律雖然適用于其中每一個過程,但不適用于總的反應。例如,KIO3和Na2SO3在酸性介質中總的反應為
2KIO3+5Na2SO3+H2SO4=K2SO4+5Na2SO4+H2O+I2
而實際反應可能按下列連續(xù)過程進行(在酸性介質中Na2SO3以H2SO3表示)
(1)HIO3+H2SO3=HIO2+H2SO4
(2)HIO2+2H2SO3=HI+2H2SO4
(3)5HI+HIO3=3I2+3H2O
(4)I2+H2SO3+H2O=H2SO4+2HI
反應(4)比(3)快,(3)比(2)快,(2)比(1)快。
因此,只要溶液中有亞硫酸存在,碘就很快和亞硫酸反應而不可能存在。只有亞硫酸全部作用完以后,反應(3)所生成的碘才可能存在并與溶液中的淀粉作用而呈藍色。于是,可用溶液中藍色的出現作為H2SO3反應完的標志。出現藍色所需時間越長,表示反應速度越小。
2.溫度對化學反應速度的影響
溫度對化學反應速度的影響比較顯著。溫度升高,反應速度增大;這主要是由于活化分子的分數增大,從而使活化分子總數大大增多,反應顯著加快。本實驗中采用下列反應:
Na2S2O3+h2SO(稀)=Na2SO4+H2O+SO2+S↓
根據在不同溫度時出現硫渾濁的時間,粗略地表明溫度對反應速度的影響。
3.催化劑對反應速度的影響
在化學反應中,催化劑能降低反應的活化能,因此能使反應速度增大。
對于多相反應,反應速度還與接觸面和擴散速度有關。反應物間的接觸面增大,則反應速度也增大。
4.濃度和溫度對化學平衡的影響
當可逆反應達到平衡時,如果改變平衡的條件,平衡能被破壞而發(fā)生移動。例如,增大反應物的濃度,平衡就向減小反應物濃度(即增大生成物濃度)的方向移動。又如,升高溫度,平衡就向降低溫度(即吸熱)的方向移動。
三、儀器和藥品
1.儀器
量筒(100ml及10ml)燒杯、玻璃棒、洗瓶、溫度計、秒表或有秒針的大掛鐘(公用)、試管、大試管(3支)裝有NO2氣體的有塞錐形瓶（公用）大燒杯(公用）研缽、硬紙片、細木條(或細竹片或香頭)
2.藥品
酸：草酸H2C2O4(O.1N) 硫酸H2SO4(0.2N、6N)
鹽：硫酸銅CuSO4(0.1M) 三氯化鐵FeCI3(0.1M)
碘化鉀KI(固) 碘酸鉀KIO3(0.01M)
高錳酸鉀KMnO4(0.01M) 硫酸(亞)錳MnSO4(0.1M)
硫氰酸銨NH4SCN(0.1M) 硫代硫酸鈉Na2S2O3(0.1M)
亞硫酸鈉Na2SO3[1升溶液中含1克Na2SO3(或2克Na2SO3.7H2O)、5克可溶淀粉及4毫升濃硫酸;需新配制的]
硝酸鉛Pb(NO3)2(固)
其他：過氧化氫H2O2(3%) 二氧化錳MnO2(固)
鋅粒 鋅粉
四、化學反應速度與化學平衡實驗內容
1.濃度對反應速度的影響
用10ml量筒[注]量取5ml 0.01M KIO3溶液,100ml量筒量取45ml水,倒入小燒杯中，用玻璃棒攪拌使混和均勻。再加入10ml Na2SO3溶液（含有淀粉且用H2SO4酸化過的),并立即用玻璃棒攪拌,使混和均勻。記錄溶液從開始混和至出現藍色所需的時間(秒)(為了便于觀察顏色的出現,可在燒杯下墊一張白紙）。
同上操作,按下表(2)、(3)及(4)分別改變KIO3和水的用量,并各加入10mL Na2SO3溶液。將4次反應所需的時間一一記下。
| |
用量 |
（毫升） |
| 實驗編號 |
KIO3溶液（a） |
H2O(b) |
| 1 |
5 |
45 |
| 2 |
10 |
40 |
| 3 |
15 |
35 |
| 4 |
20 |
30 |
根據實驗結果,說明濃度與化學反應速度的關系。
[注]不同的試劑可用不同的量筒量取,以免多次洗滌。量筒可兩人合用,但必須作好記號,以免混淆。
2.溫度對反應速度的影響
(1)取3支大試管。量取6ml 0.2N H2SO4溶液,倒入第1支試管中;再量取2ml 0.1M Na2S2O3溶液及4mlH2O,倒入第2支試管中;在第3支試管中加入3~4mlH2O。然后將3支試管同時插入盛有冷水的燒杯(用作水浴)中,在第3支試管中插入溫度計(圖9-11個2分鐘后(使試管中溶液的溫度與燒杯內水的溫度相等),記下溫度。將H2SO4溶液倒入盛有Na2S2O3溶液的試管中,搖蕩,使混和均勻,隨即將試管插回水浴中。記錄溶液從開始混和到開始出現渾濁所需的時間(秒)。
往燒杯中加入熱水,使水溫分別升高10℃和20℃,按上述操作再進行兩次實驗[注]
根據實驗結果,說明溫度與化學反應速度的關系。
[注]試管中溶液混和后,盛有混和溶液的試管仍應放在燒杯內的熱水中，以保持一定溫度。若要求的水高于室溫,在反應過程中應經常用小火加熱,以防止其溫度下降。
*(2)按上面實驗內容1,往1只100ml小燒杯中加入5ml0.01M KIO3溶液及45mL水,往1支試管中加入10mlNa2SO3溶液(含有淀粉且用H2SO4酸化過的),將該燒杯及試管放入溫水浴中升溫(可用400ml燒杯作水浴加入熱水,或用小火加熱,水浴溫度可高于測定溫度約10℃),待溶液溫度高于室溫10℃時,將兩溶液混和,攪拌使均勻。記錄從開始混和至出現藍色所需的時間,并與實驗內容1中測得的室溫時所需時間作比較。
若室溫高于30℃,測定溫度可低于室溫10℃,用冰水浴代替熱水浴。
3.催化劑對反應速度的影響
(1)均相(或單相)催化取2支試管,往1支試管中加入1ml 6 NH2SO4、0.5ml 0.1M MnSO4、3m1 0.1N H2C2O4溶液。往另1支試管中加入1ml6 NH2SO4、0.5ml去離子水、3ml 0.1N H2C2O4溶液。然后于此兩支試管中各加入3滴0.01 MKMnO溶液,搖勻,比較兩支試管中紫色退去的快慢。
反應方程式為
2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4=2MnSO4+10CO2↑+K2SO4+8H2O
(2)復相(或多相)催化 取1支試管,加入3m3%HO2溶液,觀察是否有氣泡產生。然后往試管中再加入少量二氧化錳(MnO2)粉末,觀察是否有氣泡(氧氣)放出,用細木條余燼插入試管中檢驗之[注]
[注]試驗在試管中產生的氣體,一般可先用大拇指按緊試管口片刻以積聚氣體,然后再試驗。
4.接觸面對反應速度的影響
*(1)取少量干燥的碘化鉀(KI)與硝酸鉛[Pb(NO3)2]晶體,置于硬紙片上,用玻璃棒輕攪混,觀察有無變化?然后將上述混和物倒入研缽中,研磨之,觀察顏色的變化。
(2)取支試管,各加入1~2ml01 CuSO溶液,然后往1支試管中加入少量鋅粉,另外1支試管中加入幾顆鋅粒,觀察兩溶液顏色的變化,并比較其反應速度.
5.濃度對化學平衡的影響
往1只小燒杯中加入15ml去離子水,然后加入0.1M FeCl3及0.1M NH4SCN溶液各3I滴，得到淺血紅色溶液。溶液中的紅色物質主要是[Fe(SCN)]2+離子。
Fe3++scn-=[Fe(SCN)]2+
當紅色不變時,即表示反應達到平衡。將所得溶液等分于3支試管中,然后往第1支試管中加入4滴0.1M FeCl3溶液,第2支試管中加入4滴0.1M nH4SCN溶液,而第3支試管留作比較用。觀察前兩支試管中溶液顏色的變化,從而說明濃度對化學平衡的影響。
6.溫度對化學平衡的影響
取2只密閉有塞的錐形瓶,內裝處于平衡狀態(tài)的NO2和N2O4氣體(兩瓶氣體顏色深淺相仿）。
2NO2 →← N2O4+66.9千焦
(紅棕色) (無色)
混和氣體的顏色深淺視NO2與N2O4的相對含量而定。將1只錐形瓶浸在盛有熱水的燒杯中,另1只錐形瓶浸在盛有冷水的燒杯中,比較兩瓶氣體的顏色,從而作出溫度對化學平衡的影響的結論[注]
[注]本實驗的錐形瓶可公用,每次觀察完畢應立即將盛NO2氣體的錐形瓶從水中取出,以便恢復到室溫，供其它學生使用。
五、化學反應速度與化學之間平衡實驗前準備的思考題
1.化學反應速度一般是怎樣表示的?本實驗1和2中的反應速度是怎樣表示的?
2.影響反應速度的因素有哪些?本實驗中如何分別試驗濃度、溫度對化學反應速度的影響？
3.進行本實驗2,在操作中有哪些應注意之處?
4.化學平衡在什么情況下將發(fā)生移動?如何判斷化學平衡移動的方向?本實驗中如何試驗、溫度對化學平衡的影響?
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