KINETYKA I RÓWNOWAGA CHEMICZNA

Celem ćwiczeń laboratoryjnych jest:

• zbadanie wpływu temperatury, stężenia, stopnia rozdrobnienia oraz obecności katalizatora (homo- i heterogenicznego) na przebieg reakcji chemicznej,

• określenie zmian stanu równowagi reakcji chemicznej pod wpływem zmiany temperatury oraz stężenia substratów i produktów reakcji zgodnie z regułą przekory,

• przewidywanie kierunku przesunięcia równowagi reakcji chemicznej.

Sprawozdanie z wykonanych ćwiczeń powinno zawierać opis doświadczenia, obserwacje, równania przeprowadzonych reakcji, zestawienie danych liczbowych pomiarów w postaci tabelek i wykresów, wyjaśnienie zachodzących procesów oraz wnioski do każdego doświadczenia. Podsumowaniem laboratorium powinny być wnioski ogólne wyciągnięte na podstawie wszystkich wykonanych doświadczeń.

Doświadczenie 1: Reakcja jodku potasu z kwasem azotowym(V) w różnych temperaturach

Do probówek 1, 2 i 3 wlewamy po 1 cm³ 0.5-molowego roztworu jodku potasu, a do probówek - 4, 5 i 6 po 1 cm³ roztworu rozcieńczonego (l : 3) roztworu kwasu azotowego(V). Wszystkie probówki umieszczamy w zlewce z wodą. Po ustaleniu się temperatury (po ok. 5 min.) mieszamy ze sobą roztwory z probówek 1 i 4 - mierzymy czas wytworzenia się żółtobrunatnej barwy roztworu. Następnie wodę w zlewce podgrzewamy do temperatury 40°C mieszamy roztwory z probówek 2 i 5, mierzymy czas wytworzenia barwy roztworu. Ostatecznie wodę w zlewce podgrzewamy do temperatury 60°C, a po osiągnięciu tej temperatury mieszamy roztwory z probówek 3 i 6 i ponownie mierzymy czas wytworzenia barwy roztworu.

Doświadczenie 2: Reakcja tiosiarczanu sodu z mocnym kwasem o różnym stężeniu

Do czterech probówek wlewamy po : 1 - 8 cm³,2-6 cm³, 3 - 4 cm³ i 4 - 2 cm³ 0.05-molowego roztworu tiosiarczanu sodu (Na₂S₂O₃). Następnie do każdej probówki dodajemy taką ilość wody destylowanej, aby całkowita objętość roztworu była równa 8 cm³. Zawartość każdej probówki mieszamy z 2 cm³ 1-molowego kwasu solnego i mierzymy czas, po którym pojawi się zmętnienie roztworu.

Doświadczenie 3: Reakcja utleniania wodorotlenku manganu (II)

Do dwóch probówek dodajemy po kilka kropel 0.5-molowego roztworu chlorku manganu (II), następnie dodajemy po kilka kropel 2-molowej zasady sodowej. Do jednej z probówek dodajemy kilka kropel wody utlenionej. Obserwujemy zmiany zachodzące w obydwu probówkach w ciągu 10-15 minut.

Doświadczenie 4: Rozpuszczanie marmuru w mocnym kwasie

Do dwóch probówek wrzucamy po ok. 0.1 g marmuru - do 1 - rozdrobnionego, a do 2 - w kawałku. Do każdej z probówek wlewamy po 2-3 cm³ 1-molowego kwasu solnego. Obserwujemy szybkość wydzielania się gazu.

Doświadczenie 5: Rozkład nadtlenku wodoru z udziałem MnO₂ i jonów metali

Do pięciu probówek wlewamy po 2 cm³ 3% roztworu nadtlenku wodoru. Do pierwszych trzech probówek dodajemy kolejno po 3 krople 0.1- lub 0.5-molowych roztworów AgNO₃, CuCl₂ i FeCl₃, do czwartej wrzucamy „szczyptę" MnO₂, a piątą pozostawiamy jako porównawczą. Obserwujemy intensywność wydzielania się gazu.

Doświadczenie 6: Utlenianie kwasu szczawiowego nadmanganianem potasu w środowisku kwaśnym

Do trzech probówek wlewamy po 1 cm³ 0.01-molowego roztworu kwasu szczawiowego (C₂H₂O₄) i dodajemy po 2 krople 1-molowego kwasu siarkowego (VI). Do drugiej probówki dodajemy kroplę 0.5-molowego roztworu siarczanu (VI) potasu, a do trzeciej – siarczanu (VI) manganu (II). Do każdej probówki, ciągle mieszając jej zawartość, dodajemy kroplami 0.05-molowy roztwór KMnO₄. Obserwujemy szybkość odbarwiania się roztworu w zależności od liczby dodanych kropel.

Doświadczenie 7: Przemiana chromianów (VI) w dichromiany (VI) i reakcja odwrotna

Do probówki wlewamy 2 cm³ 0.5-molowego roztworu chromianu (VI) potasu (K₂CrO₄) i wprowadzamy kilka kropel 1-molowego roztworu kwasu siarkowego (VI), aż do zmiany zabarwienia roztworu. Następnie do tej samej probówki dodajemy kroplami roztwór wodorotlenku potasu, aż do momentu uzyskania pierwotnej barwy roztworu. W drugiej probówce prowadzimy analogiczne reakcje w szeregu odwrotnym: dichromian (VI) potasu - wodorotlenek potasu - kwas siarkowy (VI).

Doświadczenie 8: Reakcje chromianu (VI) i dichromianu (VI) z solami baru i strontu

Do dwóch probówek (1 i 2) wlewamy po 0.5 cm³ 0.5-molowego roztworu chlorku baru, do następnych dwóch (3 i 4) - roztworu chlorku strontu o takim samym stężeniu. Do probówek nr 1 i 3 dodajemy po kilka kropel 0.5-molowego roztworu chromianu (VI) potasu, a do 2 i 4 – dichromianu (VI) potasu. Obserwujemy wytrącanie osadu.

Zakres materiału:

1. Szybkość reakcji chemicznej

2. Reakcje odwracalne i nieodwracalne

3. Prawo działania mas, stała równowagi reakcji chemicznej, reguła przekory

4. Ćwiczenia laboratoryjne

Literatura:

1. Podręczniki do chemii z zakresu liceum ogólnokształcącego (zakres rozszerzony)

2. Chemia analityczna z elementami analizy instrumentalnej, T. Lipiec i Z.S. Szmal

3. Chemia analityczna, J. Minczewski i Z. Marczenko

4. Analiza jakościowa, B. Jankiewicz, I. Ludomirska, A. Korczyński

5. Materiały otrzymane od prowadzącego na zajęciach

6. Notatki z wykładów