Химиялық кинетика және химиялық тепе-теңдік

МАҚСАТЫ: Концентрацияның, температураның және катализатордың химиялық реакцияға әсерін біле отырып, әртүрлі факторлардың химиялық тепе-теңдікке әсерін бақылау.

МІНДЕТІ: Кинетиканың негізгі ұғымдарын білу; химиялық әсердің аяқталғанын байқай отырып, оның жылдамдығын, жылдамдық тұрақтысын анықтап, жылдамдықтың реагент концентрациясына тәуелділігіне график салу, тепе-теңдіктің өзгеру бағытын (оңға не солға) анықтау, Ле-Шателье принципімен қорытынды жасай білу.

ҚҰРАЛДАР: 50 мл-лік 2 бюретка; сынауықтар; 10 мл өлшемдік цилиндрлар; қажетті реактивтер: Na₂S₂O₃, H₂SO₄, H₂O (дист), FeCI₃, KCNS, KCI

ТЕХНИКАЛЫҚ ҚАУІПСІЗДІК ЕРЕЖЕСІ: Бірінші реакция барысында кішідисперстік күкірт түзілгенде өте мұқият болу қажет, себебі ол адам денсаулығына зиянды. Сол үшін пайда болған заттарды тез арада ыдысқа жинау керек.

ЖҰМЫСТЫҢ МАЗМҰНЫ ЖӘНЕ ОРЫНДАЛУ РЕТІ:

ТӘЖІРИБЕ 1. Реакция жылдамдығының концентрацияға тәуелділігі

Натрий тиосульфаты күкірт қышқылы ерітіндісінде:

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + SO₂ + S + H₂O.

Ерітінділердің концентрацияларын оқытушы көрсетеді.

1. Бюреткадағы Na₂S₂O₃ ерітіндісін және суды 5 нөмірленген сынауықтарға 1-ші кестеде көрсетілгендей берілген концентрациямен құямыз.

Келесі 5 сынауыққа күкірт қышқылын 5 мл көлемінде C (H₂SO₄) = 0.1 моль/л -мен құямыз.

Дайындалған Na₂S₂O₃ және H₂SO₄ ерітінділерін жұптастырып сәйкесінше құйып, әр сынауықтағы тұнбаның түзілу уақытын бақылаймыз. Бұл тәжірибеде реакцияның жылдамдығы өлшенбейді, онда реакцияға дейінгі және реакциядан кейінгі уақыт аралығындағы нәтиже алынады. Бірақ бұл уақыт аралығы реакция жылдамдығына V пропорционал, сондықтан 1/t өлшемін шарттық жылдамдық (V_шарт.) деп атаймыз. Натрий тиосульфаты еру жылдамдығының концентрациясына қатынасына график саламыз. Реакцияның математикалық жылдамдығы мына теңдеумен өрнектелген: V=kCa∙Cb, мұндағы С(а) және С(b)- Na₂S₂O₃ және H₂SO₄ концентрациялары; К- пропорционалдық коффициенті, реакцияның жылдамдық тұрақтысы деп аталады. C(H₂SO₄ )= 0,5моль/л болса, V және К (1-ші кесте) берілген теңдікпен табамыз. Нәтижені төмендегі кестеге толтырамыз:

1 кесте – Реакция жылдамдығының концентрацияға тәуелділігі

Көлем, мл			С (Na2S2O3) моль/л	Лайлану уақыты, t, c	, С^-1	К
Na2S2O3 (а)	H2O (б)	H2SO4 (в)
1	4	5	0,01
2	3	5	0,02
3	2	5	0,03
4	1	5	0,04
5	0	5	0,05

Бұл тәжірибеден қандай қорытынды шығаруға болады?

ТӘЖІРИБЕ 2. Реакция жылдамдығының температураға тәуелділігі

Үш нөмірленген сынауыққа 5 мл C(H₂SO₄)= 0,1 моль/л-ін, ал басқа үшеуіне 5мл C(H₂SO₄)= 1 моль/л-ін құямыз. Сынауықтарды суы бар стақандарға салып, 10-15 минуттан кейін стақандағы судың температурасын өлшейміз де, сынауыққа осы жұпты H₂SO₄ , Na₂S₂O₃ бір-біріне құйып, лайланғанға дейінгі уақытты өлшейміз.

Судың температурасын 20⁰ -қа жоғарылату үшін: стақанға аз мөлшерде ыстық су құямыз.

Тағы да ерітінділерді осы температурада 5-7 минут ұстаймыз. Сынауықтардағы мына екі жұпты: H₂SO₄ , Na₂S₂O₃ бір-біріне құйып, лайланғанға дейінгі уақытты белгілейміз. Соңғы тәжірибені біріншіден 40⁰-қа жоғарылатып жүргіземіз.Нәтижені 2- кестеге толтырамыз.

2- кесте – Реакция жылдамдығының температураға тәуелділігі

t^0, C	Лайланғанға дейінгі уақыт, t,c	, С^-1

Реакция жылдамдығының температураға қатынасына график саламыз.

ТӘЖІРИБЕ 3. Химиялық реакцияның тепе-теңдігіне әртүрлі факторлардың әсері

Концентрацияның әсері. Тәжірибе үшін темір (III) роданидінің түзілу теңдеуін алайық: FeCI₃ + 3KCNS = Fe(CNS)₃ + 3KCI.

Темір роданиді қызыл түсті, FeCI₃ – сары түсті, ал KCI және KCNS – түссіз. Fe(CNS)₃ концентрациясын өзгерткенде ерітінді түсі өзгереді, бұл- теңдеу тепе-теңдігінің өзгергендігінің белгісі. 2 мл суы бар кішкене стақанға 1–2 тамшы FeCI₃ және KCNS (немесе NH₄CNS) қаныққан ерітінділерін қосамыз. Алынған ерітінділерді 4 сынауыққа бөліп құямыз. Бірінші сынауыққа бірнеше тамшы концентрлі FeCI₃ ерітіндісін қосамыз, екіншісіне бірнеше тамшы концентрлі KCNS (немесе NH₄CNS) ерітіндісін, үшіншісіне кішкене кристалдық KCI (немесе NH₄CI), төртіншісін сол қалпында салыстыру үшін қалдырамыз. Алғашқы үш сынауықтағы түстің өзгеруін әректтесуші масса әсер заңымен түсіндіруге болады. Нәтижелерді 3-ші кестеге толтырамыз.

3- кесте – Тепе-теңдіктің ығысуына концентрацияның әсері

Қосылған ерітінді	Түстің өзгеруі	Тепе-теңдіктің ығысуының бағыты

ЕСЕПТЕУ МАЗМҰНЫ

1. Реакция жылдамдығының оның концентрациясына тәуелділігіне кесте құрып, график салу.

2. Реакция жылдамдығының оның t⁰ тәуелділігіне кесте құрып, график салу.

№4 ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫС

Ерітінділер

МАҚСАТЫ: Ерітінділердің қасиеттерімен танысу және ерітінді концентрацияларының мәнін анықтау.

МІНДЕТІ: 4 түрлі индикаторлар арқылы 3 түрлі ортаны анықтау; сутектік көрсеткіштің 3 түрлі ортаны анықтау қасиетімен индикатордың түрлі түстерін байланыстыру.

ҚҰРАЛДАР: 25 мл-лік бюретка; сынауықтар; индикаторлар; сынауықтар; конустық колбалар;

қажетті реактивтер: HCI, NaOH, H₂SO₄, фенолфталейн, метилоранж, универсальды индикатор, лакмус.

ТЕХНИКАЛЫҚ ҚАУІПСІЗДІК ЕРЕЖЕСІ: Қышқылдар мен сілтілердің ерітінділерімен жұмыс жасауды үйрену, қолданылған ерітінділерді құбырға төкпей, арнайы ыдысқа құяды, кейіннен ол химиялық тазартудан өту керек.

ЖҰМЫСТЫҢ МАЗМҰНЫ ЖӘНЕ ОРЫНДАЛУ РЕТІ:

ТӘЖІРИБЕ 1. Индикаторлар

3 таза сынауыққа 2 мл-ден (көзбен өлшеп) құйыңыз: біріншіге – дистелденген суды, екіншісіне – С(НС1) = 0,1 моль/л қышқыл ерітіндісін, үшіншісіне – С(NaОН) =0,1 моль/л сілті ерітіндісін. Әр сынауыққа 1 тамшы метилоранж қосыңыз. Индикатордың түсін бақылап, 1-ші кестеге толтырыңыз. Дәл осы тәжірибені фенофтолейнде жүргіземіз.

Индикатор қағазының түсінің 3 түрлі ортада көрінуі: бейтарап, қышқылдық, сілтілік. Ол үшін индикатор қағазы бар кітаптан бір жолақты қиып алып, оны үшке бөліңіз.

Әр бөлікті бірнеше секундтан зерттелетін ерітінділерге салып шығамыз: дистелденген су, С(НСI) = 0,1 моль/л, C(NaOH) = 0,1 моль/л. Қағазды алып шығып боялған қағазды түстік шкаламен салыстырамыз. Шкала 10 түрлі түсті тіктөртбұрыштардан тұрады, онда рН-тың I– I0 аралығындағы мәні көрсетілген. Реакцияның ортасын көрсет. Нәтижені 1- кестеге толтыр.

1- кесте – Индикатордың түрлі ортадағы түстері

№	Индикатор	Бақыланушы түс
		Бейтарап ортада рН=7	Өте күшті қышқылдық ортада Н<7	Өте күшті сілтілік ортада рН>7

ТӘЖІРИБЕ 2. Титрлік әдіспен сілті ерітіндісінің концентрациясын анықтау

Белгілі молярлық эквиваленттік концентрациямен қышқылды және сілті ерітіндісін 1,2,3 алып, сілті концентрациясын анықтаймыз. Таза бюретканы қышқыл ерітіндісімен шаямыз. Содан бюретканы тігінен штативке бекітеміз. Бюретканы қышқыл ерітіндісімен толтырамыз. Оның ішінде ауаның көбіршіктері қалмайтындай етіп толтырамыз. Төменгі менискіні қышқыл ерітіндісі бюреткада бір деңгейде тұратындай бекітеміз, суретте көрсетілгендей:

4-сурет-Титрлеуге арналған құрылғы

Бюреткадан 10 мл қышқыл ерітіндісін алып, 10 мл-лік колбаға құямыз.

NaOH бар колбаға 2 тамшы метилоранж тамызамыз. Титрлеуге кірісеміз: бюреткадан қышқыл ерітіндісін кішкене порциялармен түсіреміз, 2 мл-ден, сілті ерітіндісіне. Сол сәтте араластырып отырамыз. Қышқыл түскен жер алқызыл түске боялады. Алқызыл түс сарыға айналып жатқанда 1 тамшыдан құя бастап, ол кейіннен 1 тамшыдан өзгермейтін алқызыл түске боялғанша реакцияны жүргіземіз. Осымен титрлеу аяқталады. Бюретканың бөліктерін белгілеп, дәл 0,05 мл, қышқыл ерітіндісінің көлемі, сілтіні бейтараптауға жұмсалған. Алынған көрсеткішті 2- кестеге толтыр.

2- кесте – Титрлеу нәтижелері

Титрлеу	V алынған сілті ерітіндісі, мл	V қышқыл ерітіндісі, мл	Қышқыл мәнін салыстыру V , мл
1– ші анықталған 2 –ші анықталған 3 –ші анықталған

Титрлеуді тағы да 2 рет қайтала, әр жолы бюретканың нөлдік өлшемінен бастау. Айырмасы 0,1 мл-ден аспауы қажет. Барлығынан арифметикалық орташасын аламыз.

Есептеуі Сілтінің молярлық эквиваленттік концентрациясын анықта:

Сілтінің құрамын анықта (г/л) мына формуламен:

m=C_Hc∙m_эNaOH ,г/л

Ерітінді титрін анықта:

,г/см³

ЕСЕПТЕУ МАЗМҰНЫ

1. Ерудің жылулық эффектісінің белгісін анықтау.

2.Сілтінің концентрациясының нәтижесі.

№5 ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫС