2. Экспериментальная часть

Содержание работы:

После ознакомления с теоретическим материалом выполнить нижеприведенные опыты, записать наблюдения и уравнения реакций, записать вывод о соответствии наблюдаемых явлений теоретическим положениям о свойствах катализаторов.

Опыт 1. Каталитическое действие бихромата калия

В стакан с емкостью 100 мл налить 3 мл 30% раствора перекиси водорода. Обратить внимание на скорость разложения перекиси водорода. Прилить в стакан 3 мл 0,5н. раствора бихромата калия. Записать наблюдения, написать уравнения реакций разложения перекиси водорода в присутствии катализатора K₂Cr₂O₇.

Опыт 2. Каталитическое окисление аммиака

В сухую коническую колбу емкостью 0,5-1 л влить 10-15 мл 30% раствора аммиака. Закрыть колбу пробкой, наклоняя колбу, тщательно смочить раствором стенки колбы. Остаток раствора аммиака вылить обратно в склянку. В железной ложечке сильно прокалить оксид хрома (III) Cr₂O₃, а затем небольшими порциями сбросить в колбу с аммиаком. Записать наблюдения, объяснить наблюдаемое явление, основываясь на известных из теории свойствах катализаторов.

Опыт 3. Каталитическое действие воды

Внимание! Опыт проводить только в вытяжном шкафу!

В сухую фарфоровую ступку засыпать порошок алюминия и кристаллический йод в соотношении 2:1. Пользуясь пестиком, растереть и перемешать вещества, а затем собрать смесь "горкой" в центре ступки. Наблюдать, протекает ли реакция между алюминием и йодом. На полученную смесь капнуть воду (одну каплю!), в результате чего будет происходить бурная реакция образования иодида алюминия. Реакция сопровождается большим выделением тепла, за счет которого происходит возгонка непрореагировавшего йода, что видно по появлению паров фиолетового цвета (возгонка или сублимация — переход вещества из твердого агрегатного состояния непосредственно в газообразное, минуя жидкое).

Контрольные вопросы

1. Что называется катализом и катализаторами?

2. Перечислите характерные особенности катализаторов.

3. Могут ли катализаторы смещать равновесие обратимой реакции?

4. Какой катализ называют гомогенным? Приведите примеры. Как можно объяснить механизм действия катализатора при гомогенном катализе?

5. Какой катализ называют гетерогенным? Приведите примеры. Объясните механизм действия катализатора при гетерогенном катализе.

Лабораторная работа «химическое равновесие»

Цель работы: изучение влияния внешних факторов: концентрации реагирующих веществ, температуры и давления на равновесие химических реакций.

1. Теоретическая часть

1.1. Обратимые и необратимые реакции

Некоторые химические реакции удается провести до конца, то есть добиться того, чтобы исходные вещества прореагировали полностью. Примером может служить реакция нейтрализации при взаимодействии в растворе щелочи и сильной кислоты:

НСl + NaОH = NaСl + Н₂О.

После прохождения реакции в растворе кроме воды содержится только соль и отсутствуют исходные кислота и щелочь. Когда при химическом взаимодействии хотя бы одно из исходных веществ расходуется полностью, реакцию считают необратимой.

Необратимую реакцию можно также определить как такую реакцию, которая протекает только в одном направлении. В качестве примера рассмотрим взаимодействие магния с хлористоводородной (соляной) кислотой:

Mg + 2HCl = MgCl₂ + H₂↑.

В ходе реакции образуются хлорид магния и водород. Если попытаться осуществить обратную реакцию, т.е. пропускать газообразный водород через раствор хлорида магния, то металлический магний и хлористый водород образовываться не будут.

В общем случае необратимыми реакциями принято считать такие реакции, в ходе которых образуются либо малодиссоциированные соединения (слабые электролиты или вещества, содержащие комплексные ионы), либо про­дукты, которые самопроизвольно уходят из зоны реакции (осадки, газы, легколетучие вещества), например:

НСl + NaОH = NaСl + Н₂О ;

Na₂SO₄ + BaCl₂ = 2NaCl + BaSO₄↓ ;

2KClO₃ = 2KCl + 3O₂↑.

Напротив, при взаимодействии эквимолярных коли­честв водорода и иода:

H₂ + I₂ = 2HI

реакция протекает при 350 °С лишь до тех пор, пока не образуется иодистый водород в количестве 80 % от теоретически возможного и, соответственно, вступают в реакцию по 80 % каждого из исходных реагентов. Остальные 20 % Н₂ и I₂ присутствуют в реакционной смеси независимо от длительности нагревания. Причиной кажущейся остановки процесса является то, что наряду с прямой реакцией образования иодистого водорода одновременно идет обратная реакция разложения образовавшегосяHI на исходные вещества:

2HI = H₂ + I₂ .

Аналогично, если взять некоторое количество чистого иодистого водорода, и нагревать при 350 °С, то разложение HI на исходные водород и иод останавливается, начиная с момента, когда образуются 20 % Н₂ и 20 % I₂ от теоретически возможного их количества. В то же время оставшиеся 80 % HI продолжают находиться в реакционной смеси сколь угодно долгое время (при постоянстве условий!). Содержание HI не уменьшается, так как протекает обратная реакция. В данном случае это реакция образования иодистого водорода из иода и водорода, образовавшихся при разложении.

Реакции, протекающие одновременно в двух противоположных направлениях, называются обратимыми. Эти реакции ни в одном направлении не идут до конца, а протекают лишь до строго определенных соотношений исходных и получившихся продуктов. При записи подобных реакций вместо знака равенства пользуются противоположно направленными стрелками:

H₂ + I₂ ^←_→ 2HI.

При этом реакция, соответствующая при данном написании уравнения протеканию ее слева направо, называется прямой, а отвечающая протеканию ее справа налево — обратной.