Лабораторная работа по химии в 11классе на тему «Учение о химическом процессе»

Лабораторная работа по теме: “Учение о химическом процессе”

Кейс №1

Зависимость скорости гомогенных реакций от концентрации

Классическим примером гомогенной реакции является взаимодействие между растворами тиосульфата натрия и серной кислоты, протекающей по уравнению:

Na2S2O3 + H2SO4 = S↓ + SO2↑ + Na2SO4 + H2O

Получающаяся сера в первый момент образует с водой коллоидный раствор, напоминающий по внешнему виду очень разбавленный мыльный раствор (едва заметное помутнение).

Для проведения эксперимента вам понадобится:

4 пробирки

раствор Na2S2O3

вода

2,5% раствор серной кислоты

секундомер

пипетка на 5 или 10 мл с градуировкой

Ход эксперимента.

Возьмите 4 чистые пробирки. Налейте пипеткой 5%-ный раствор тиосульфата натрия и воду в следующих пропорциях:

Объемы растворов отмеряйте по возможности точнее.

В первую пробирку добавьте 2 мл 2,5%-ного раствора серной кислоты. Перемешайте содержимое пробирки.

Заметьте по секундомеру, через какой промежуток времени появляется муть. Аналогичные опыты проделайте с растворами в трех других пробирках, определяя время протекания реакции до одной и той же степени помутнения раствора.

Результаты запишите следующим образом:

Зная время протекания реакции (t), сделайте вывод об изменении скорости реакции (v) в зависимости от концентрации веществ.

По определению, скорость реакции является величиной, обратной времени v = 1 / t .

Постройте график зависимости скорости реакции (ось ординат) от концентрации (ось абсцисс).

Не забудьте помыть за собой посуду и убрать рабочее место!

Лабораторная работа по теме: “Учение о химическом процессе”

Кейс №2

Зависимость скорости реакций от концентрации на примере реакции “Египетская ночь”

Название опыту “Египетская ночь” дано не случайно. Подобно тому, как быстро и неожиданно в Египте ночь сменяет день, раствор меняет свою окраску с бесцветного на почти черный и непрозрачный цвет. Данная реакция является разновидностью серии химических опытов, которые называются химическими часами. Эту реакцию открыл швейцарский химик Ханс Хайнрих Ландольт в 1886 году.

Данная реакция является ярчайшим примером для описания химической кинетики в действии. К тому же, существует несколько вариантов протекания реакции и в некоторых из них цикл может проходит огромное количество раз, пока реагенты, вступающие в реакцию не израсходуются окончательно.

Уравнение реакции:

2KIO3(р-р) + 5Na2SO3(р-р) + H2SO4(р-р) = I2(р-р) + H2O(ж) + 5Na2SO4(р-р) + K2SO4(р-р)

Таблица - Составы растворов для кинетических измерений

Для проведения эксперимента вам понадобится:

10 химических стаканов (или конические колбы Эрленмейера)

раствор KIO3

раствор Na2SO3 и H2SO4

3 мерных цилиндра

раствор крахмала

В пять стаканов налейте раствор йодата калия KIO3 в объемах, указанных в Табл. (столбец a), отмеряя объемы с помощью мерного цилиндра. Объемы меньше 5 мл отмеряйте мерной пипеткой.

В пять других стаканов налейте смесь растворов сульфита натрия Na2SO3 и серной кислоты H2SO4 в объемах, указанных в Табл. (столбец b), отмеряя объемы с помощью другого мерного цилиндра. В каждый из этих пяти стаканов добавьте по 1 мл раствора крахмала.

Добавьте указанные в Табл. (столбец c) объемы дистиллированной воды в стаканы с растворами KIO3, отмеряя объемы с помощью третьего мерного цилиндра.

Сливайте последовательно каждую пару растворов реагентов, засекая время реакции t от момента смешивания до момента появления синей окраски.

Полученные результаты запишите в таблицу.

Найдите значения условной скорости реакции v и изменяющейся относительной концентрации реагентов по следующей формуле:

где a – объем раствора KIO3, мл; b – объем раствора Na2SO3 и H2SO4, мл; c – объем H2O, мл.

Результаты Ваших наблюдений запишите в таблицу.

Постройте график зависимости условной скорости (по оси ординат) от изменяющейся относительной концентрации реагента (по оси абсцисс). По определению, скорость реакции является величиной, обратной времени v = 1 / t .

Сделайте вывод о характере зависимости скорости данной реакции от концентрации данного реагента. Запишите кинетическое уравнение изучаемой реакции.

Зачем в эксперименте нужен крахмал?

Почему раствор окрашивается внезапно?

Не забудьте помыть за собой посуду и убрать рабочее место!

Лабораторная работа по теме: “Учение о химическом процессе”

Кейс №3

Влияние температуры на скорость гомогенной реакции

Классическим примером гомогенной реакции является взаимодействие между растворами тиосульфата натрия и серной кислоты, протекающей по уравнению:

Na2S2O3 + H2SO4 = S↓ + SO2↑ + Na2SO4 + H2O

Получающаяся сера в первый момент образует с водой коллоидный раствор, напоминающий по внешнему виду очень разбавленный мыльный раствор (едва заметное помутнение).

Для проведения эксперимента вам понадобится:

8 пробирок

раствор Na2S2O3

2,5% раствор серной кислоты

секундомер

пипетка на 5 или 10 мл с градуировкой

плитка

большой термостойкий химический стакан

термометр

Ход эксперимента.

Налейте в четыре пронумерованные пробирки (№ 1, 2, 3, 4) пипеткой по 2 мл 2,5%-ного раствора серной кислоты, а в другие четыре пробирки (№ 1а, 2а, 3а, 4а) – по 2 мл 5%-ного раствора тиосульфата натрия. Объемы отмеряйте по возможности точнее, пользуясь пипетками.

Возьмите пробирки 1 и 1а, быстро прилейте раствор серной кислоты в раствор тиосульфата натрия (не забудьте перемешать встряхиванием пробирки). Отметьте время по секундомеру от момента сливания до появления слабой мути. Концом реакции считайте едва заметное помутнение раствора. Запишите результаты в таблицу.

Второй опыт (с пробирками 2 и 2а) проведите аналогично первому, но при температуре на 10°С выше первоначальной, для чего следующую пару пробирок нагрейте в стакане с водой, температура которой контролируется термометром. Слейте вместе пробирки и отметьте, что наблюдается.

Третий опыт (с пробирками 3 и 3а) проведите при температуре на 20°С выше первоначальной, нагревая растворы таким же образом, как указано выше.

Наконец, нагрев воду в стакане еще на 10°С, проведите опыт с растворами 4 и 4а. Все результаты запишите в таблицу.

Постройте графики зависимости скорости реакции от температуры, откладывая по оси абсцисс температуру, а по оси ординат – скорость реакции.

Не забудьте помыть за собой посуду и убрать рабочее место!

Лабораторная работа по теме: “Учение о химическом процессе”

Кейс №4

Скорость гетерогенных реакций

Сегодня вам предстоит изучить скорость реакций, протекающих на границе раздела фаз.

Часть 1.

Для проведения эксперимента вам понадобится:

2 пробироки

раствор HCl

мел

ступка и пестик

пипетка объемом 5 мл (или мерный цилиндр)

Подготовьте мел перед экспериментом. Он должен находиться в виде куса и в виде порошка. Чтобы измельчить мел используйте ступку и пестик.

Налейте в две пробирки по 5 мл раствора соляной кислоты и одновременно в одну бросьте кусочек мела, а в другую – насыпьте порошок.

В какой из пробирок реакция пошла быстрее и почему?

Составьте уравнение реакции взаимодействия мела с соляной кислотой.

Напишите уравнение для скорости этой реакции.

Сделайте вывод о зависимости скорости реакции от поверхности соприкосновения веществ.

Часть 2.

Для проведения эксперимента вам понадобится:

2 пробироки

раствор HCl

мел

раствор Ca(OH)2

аппарат Киппа

Налейте в две пробирки по 5 мл раствора гидроксида кальция (известковой воды). Одну из пробирок нагрейте на водяной бане.

Подготовьте аппарат Киппа для получения углекислого газа по реакции взаимодействия мела и соляной кислоты.

Пропускайте выделяющийся углекислый газ сначала в пробирку с холодным раствором известковой воды, затем в пробирку с горячим раствором.

В какой из пробирок реакция пошла быстрее и почему?

Составьте уравнение реакции взаимодействия углекислого газа и известковой воды.

Напишите уравнение для скорости этой реакции.

Сделайте вывод о зависимости скорости реакции от температуры.

Не забудьте помыть за собой посуду и убрать рабочее место!

Лабораторная работа по теме: “Учение о химическом процессе”

Кейс №5

Химическое равновесие и его смещение

Для проведения эксперимента вам понадобится:

0,01М раствор FeCl3

0,01М раствор NH4NCS

1M раствор FeCl3

1М раствор NH4NCS

кристаллы NH4Cl

химический стакан объемом 100 мл

штатив с пробирками

пипетки объемом 20-50 мл

шпатель

Из выданных концентрированных растворов FeCl3 и NH4NCS заданной молярной концентрации (С, моль/л) необходимо приготовить нужной концентрации, согласно тексту кейса. При приготовлении используйте формулу:

Cисх.· Vисх. = Cполуч..· Vполуч.

В химический стакан налейте 20 мл 0,01 М раствора хлорида железа (III) и 20 мл 0,02 М раствора роданида аммония NH4NCS.

Чем объясняется красное окрашивание раствора? Напишите уравнение реакции.

Полученный раствор разлейте поровну в четыре пробирки (№ 1, 2, 3, 4). Оставьте первую пробирку в качестве эталона.

Во вторую пробирку прилейте 2-3 капли концентрированного раствора хлорида железа (III).

Изменяется ли интенсивность окраски и как?

В третью пробирку прилейте 2-3 капли концентрированного раствора роданида аммония.

Какие изменения произошли в этом опыте?

В четвертую пробирку добавьте небольшое количество (на кончике шпателя) кристаллического хлорида аммония. Размешайте содержимое пробирки и сравните окраску с окраской контрольной пробирки.

Что происходит в данном случае? На основании закона действующих масс объясните происходящие явления.

Сделайте вывод из результатов опыта.

Не забудьте помыть за собой посуду и убрать рабочее место!

Лабораторная работа по теме: “Учение о химическом процессе”

Кейс №6

Химическое равновесие и его смещение

Сегодня вам предстоит изучить влияние концентрации на положение химического равновесия в системе:

2CrO42- + 2H+ = Cr2O72- + H2O

Взаимное превращение хромат и дихромат ионов происходит под влиянием изменения кислотности среды, определяемой концентрацией ионов водорода Н+. Добавление в систему кислоты повышает концентрацию Н+, напротив, добавление щелочи вызывает связывание ионов Н+ в молекулы воды и концентрация Н+ понижается.

Направление смещения равновесия легко контролировать по изменению цвета: раствор, содержащий хромат-ионы и раствор, содержащий дихромат-ионы имеют разную окраску.

Для проведения эксперимента вам понадобится:

раствор K2CrO4

раствор K2Cr2O7

раствор H2SO4

раствор KOH

3 пробирки

Для наблюдения описанных явлений налейте в одну пробирку 2-3 мл раствора хромата калия, а в другую 2-3 мл раствора дихромата калия и отметьте цвет каждого из них. Оставьте обе пробирки в качестве эталонов окраски.

В третью пробирку налейте 1-2 мл хромата калия и добавьте к нему по каплям раствор серной кислоты до изменения цвета раствора. Отметьте полученный цвет, сравнивая его с цветом эталонов.

Затем к этому же раствору добавьте по каплям раствор щелочи и вновь отметьте цвет раствора, сравнивая его с эталонами.

Объясните наблюдаемые явления с помощью принципа Ле Шателье.

Составьте выражение для константы равновесия данной системы.

Укажите направление смещения равновесия в зависимости от увеличения или уменьшения концентрации Н+.

Какой из двух анионов более устойчив в кислой среде? Какой - в щелочной?

Сделайте обобщенный вывод о влиянии изменения концентрации исходных и конечных веществ на положение химического равновесия.

Лабораторная работа по теме: “Учение о химическом процессе”

Кейс №7

Химическое равновесие и его смещение

Сегодня вам предстоит изучить влияние температуры на положение химического равновесия в системе:

йод + крахмал = “йодокрахмал” + Q

При взаимодействии йода с крахмалом образуется окрашенное в синий цвет вещество сложного состава, которое условно называется “йодокрахмал”.

Так, например, тестируют мёд на примесь крахмала. Мёд очень часто подделывают,поэтому это самый элементарный способ проверки. Таким образом можно проверить любой продукт на содержание примеси в виде крахмала.

Для проведения эксперимента вам понадобится:

раствор крахмала

раствор йода

водяная баня

две пробирки

В две пробирки налейте по 5 мл раствора крахмала и добавьте по каплям раствор йода до появления синей окраски. Одну из пробирок оставьте для сравнения, другую нагрейте. Отметьте изменение окраски.

Охладите пробирку водой (под краном). Сравните цвет в обеих пробирках.

Объясните наблюдаемые явления с помощью принципа Ле Шателье.

Укажите направление смещения равновесия в зависимости от повышения или понижения температуры.

Сделайте обобщенный вывод о влиянии температуры на положение равновесия.

Лабораторная работа по теме: “Учение о химическом процессе”

Кейс №8

Химическое равновесие и его смещение

Сегодня вам предстоит изучить влияние температуры на положение химического равновесия для реакции гидролиза ацетат-иона:

CH3COO- (р-р) + H2O (ж) = CH3COOН (р-р) + OH- (р-р) - Q

Для проведения эксперимента вам понадобится:

раствор NaOH

раствор фенолфталеина

раствор ацетата натрия

штатив с пробирками

спиртовка и спички

держатель для пробирок

Налейте в пробирку 1 мл раствора гидроксида натрия и добавьте туда же несколько капель раствора фенолфталеина. Запишите наблюдения (какова окраска фенолфталеина в щелочной среде, то есть при избытке ионов OH-).

В другую пробирку налейте 1 мл дистиллированной воды и добавьте туда же несколько капель раствора фенолфталеина. Запишите наблюдения (какова окраска фенолфталеина в нейтральной среде, то есть при равенстве концентраций H+ и OH-).

Налейте в пробирку 1 мл раствора ацетата натрия и добавьте туда же несколько капель раствора фенолфталеина. Запишите наблюдения (какова окраска индикатора в этом растворе?).

Сделайте вывод о характере среды (нейтральном, щелочном) в изучаемом растворе.

Нагрейте пробирку на спиртовке до начала кипения раствора. Запишите наблюдения (как изменилась интенсивность окраски индикатора в растворе после нагревания?). Сделайте вывод об изменении характера среды раствора после нагревания, об изменении количества ионов OH- (увеличении или уменьшении) и о направлении смещения равновесия (вправо или влево) после нагревания.

Дайте пробирке 2 минуты остыть и охладите ее под краном. Запишите наблюдения (как изменилась интенсивность окраски индикатора в растворе после охлаждения?). Сделайте вывод об изменении характера среды раствора после охлаждения, об изменении количества ионов OH- (увеличении или уменьшении) и о направлении смещения равновесия (вправо или влево) после охлаждения.

Сформулируйте общий вывод о смещении равновесия эндотермической реакции при повышении и при понижении температуры.