ЛР БТС / 0501_ЛР4-отсчет_Конунников
.pdfМИНОБРНАУКИ РОССИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА) Кафедра физической химии
ОТЧЕТ по лабораторной работе №4
по дисциплине «Химия» Тема: Скорость химических реакций
Студент гр. 0501 |
|
Конунников Г.А. |
|
Преподаватель доц., к. х. н. |
|
|
Рахимова О.В. |
Санкт-Петербург
2020
2
Цель работы: Изучение влияния концентрации реагирующих веществ и температуры на скорость гомогенной химической реакции.
Основные теоретические положения
Скорость химической реакции – это изменение количества одного из реагирующих веществ за единицу времени в единице реакционного пространства. И определяется по формуле (1):
v |
n |
, |
(1) |
|
t V |
||||
|
|
|
где ∆n – изменение количества вещества, моль; ∆t – изменение времени, с; V –
объем, л.
Скорость химической реакции зависит от: концентрации, природы реагирующих веществ, наличие катализатора, температуры (правило Вант-
Гоффа, Уравнение Аррениуса), давления, площадь поверхности реагирующих веществ.
Зависимость скорости химической реакции от концентрации определяется законом действующих масс: закон действующих масс устанавливает соотношение между массами реагирующих веществ в химических реакциях при равновесии, а также зависимость скорости химической реакции от концентрации исходных веществ. Он определяется по формуле (2):
v k A a B b , |
|
|
где v – скорость химической реакции, |
моль |
|
|
||
л с |
||
|
(2)
; k – константа скорости
химической реакции; [A], [B] – молярные концентрации веществ.
Константой скорости химической реакции называется численно равна скорости реакции при концентрации каждого из реагирующих веществ равной
1 моль/л., и она зависит от температуры, присутствия катализатора.
3
Скорость химической реакции от влияния температуры и описывается правилом Вант-Гоффа: При повышении температуры на каждые 10 градусов константа скорости гомогенной элементарной реакции увеличивается в два— четыре раза. Правило Вант-Гоффа определяется формулой (3):
|
|
t2 t1 |
|
(3) |
|
v v0 10 |
, |
||
где |
– скорости при температурах |
; – температурный коэффициент |
||
скорости реакции, принимающий значения 2-4 для большинства реакций.
Физический смысл температурного коэффициента γ – заключается в том,
что он показывает во сколько раз увеличивается скорость химической реакции при
увеличении температуры на каждые 10 °С.
Зависимость константы скорости химической реакции от температуры описывается основным законом химической кинетики – уравнением Аррениуса
(4):
Ea |
|
(4) |
k A e RT |
, |
|
где k – константа скорости реакции; |
A – предэкспоненциальный |
|
множитель; e – основание натурального логарифма; Ea – энергия активации,
Дж/моль; R – молярная газовая постоянная, R = 8,31 |
Дж |
; T – температура, |
|
||
моль К |
||
К; |
|
|
Энергия активации химической реакции – это эмпирически определяемый параметр, характеризующий показательную зависимость константы скорости реакции от температуры.
Энергия активации химической реакции зависит от природы реагирующих веществ, катализатора и не зависит от температуры.
В лабораторной работе для исследования зависимости скорости реакции от концентрации и температуры используется реакция:
Na2S2O3+H2O+H2SO4 → Na2SO4 + SO2 + S + H2O
6
Обработка результатов
1. Зависимость относительной скорости химической реакции от концентрации можно увидеть на графике 1.
График 1 – зависимость скорости xимической реакции от концентрации
Концентрация Na2S2O3
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0 |
0.5 |
1 |
1.5 |
2 |
2.5 |
3 |
3.5 |
4 |
4.5 |
5 |
Относительная скорость реакции
2. Зависимость относительной скорости химической реакции от
температуры можно увидеть на графике 2.
График 2 – зависимость скорости xимической реакции от температуры
Температура, °С
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0 |
0.5 |
1 |
1.5 |
2 |
2.5 |
Относительной скорость реакции
7
3. На основании правила Вант-Гоффа по формуле (3), выразим и рассчитаем температурный коэффициент γ для трех пар.
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
v2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
t2 t1 |
|
1,32 |
32 22 |
|
|
|
|
|
; |
||||||||||||||
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,32 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
v1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
v2 |
|
|
t2 t1 |
|
2,37 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
42 32 |
|
|
||||||||||||||||||||
23 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,8 |
; |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
1,32 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
v1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
v2 |
|
|
t2 t1 |
|
2,37 |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
42 22 |
|
|
||||||||||||||||||||
13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,54 . |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
v1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RT1T2 |
ln |
vT2 |
|
|
4. На |
|
основании формулы |
(4) выведем значение Ea |
|
vT1 |
|
и |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
T2 |
T1 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
рассчитываем энергию активации реакции для трех пар температур. |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
RT1T2 ln |
|
vT2 |
|
|
|
|
8.314 295 305 ln |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
vT1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Ea 12 |
|
|
|
|
|
|
1,32 |
|
|
20768,3Дж; |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
T2 |
T1 |
|
|
|
|
|
305 295 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
RT1T2 |
ln |
vT2 |
|
|
|
|
|
|
8.314 305 315 ln |
1,32 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
vT1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Ea 23 |
|
|
|
|
|
|
2,37 |
|
47648,5 Дж; |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
T1 |
|
|
|
315 305 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
T2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
RT1T2 |
ln |
vT |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2,37 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
8.314 295 315 ln |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
vT1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Ea 13 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
33332,5 Дж. |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
295 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
T2 T1 |
305 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Выводы: в ходе работы можно проследить, что в зависимости от увеличения скорости химической реакции, концентрация Na2S2O3
увеличивается, а также от температуры опыта, т.е. взаимосвязь между величинами прямопропорциональная.
v2 |
v1 12 |
10 |
|
|
32 22 |
моль ; |
|
|
|
|
|||||||
|
1 1,32 10 |
|
1,32 |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
t2 t1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
л с |
|
|
|
|
|||
v3 |
v2 23 |
10 |
1,32 1,8 |
42 32 |
|
|
|
|
v3Н |
2,37 моль ; |
|||||||
|
10 2,376 моль , v3Т |
||||||||||||||||
|
|
|
t3 t2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
л с |
|
|
л с |
||
Следовательно, для реакции правило Вант-Гоффа соблюдается.