Каталитическое разложение пероксида водорода

В две пробирки налейте по 5 мл раствора пероксида водорода. Добавьте на кончике шпателя в одну – порошок оксида кремния, в другую – оксида марганца (IV). По интенсивности выделения газа сравните скорость разложения пероксида водорода. С помощью тлеющей лучины определите выделяющийся газ. Запишите реакцию разложения пероксида водорода в присутствии катализатора. Сделайте вывод о влиянии присутствия катализатора на скорость разложения пероксида водорода.

 

Опыт 4. Смещение химического равновесия. Влияние концентраций реагирующих и образующихся веществ на химическое равновесие

Реакция между хлоридом железа и роданидом калия протекает по уравнению:

FeCl₃ + 3KSCN Fe(SCN)₃ + 3KСl.

Появляющаяся кроваво-красная окраска раствора обусловлена содержанием в нем роданида железа (III) Fe(SCN)₃. По изменению интенсивности окраски раствора можно определить направление смещения равновесия в реакционной среде.

В пробирке смешайте равные объемы разбавленных растворов FeCl₃ и KSCN. Полученный окрашенный раствор разделите на четыре пробирки. В первую из них внесите 2-3 капли насыщенного раствора хлорида железа, во вторую – несколько кристалликов роданида калия, в третью – 2-3 микрошпателя кристаллического хлорида калия. Сравните окраску растворов в этих трех пробирках с окраской исходного раствора в четвертой пробирке. Результаты занесите в таблицу 6.3.

Таблица 6.3

Результаты наблюдений в опыте 4

№ опыта	Добавляемое вещество	Изменение интенсивности окраски	Направление смещения равновесия

 

На основании принципа Ле-Шателье объясните влияние изменения концентраций веществ на химическое равновесие.

Примеры решения задач

Пример 1

Определите среднюю скорость реакции СО + 2SО₃ = СS₂ + 4О₂, если через 40 секунд после начала реакции молярная концентрация сероуглерода составляла 0,22 моль/л, а через 90 секунд – 0,28 моль/л.

Дано: t1= 40 с. t2= 90 с. С1(СS2) = 0,22 моль/л С2(СS2) = 0,28 моль/л	Решение Для определения средней скорости реакции воспользуемся выражением: С2– С1 0,28 – 0,22 Vср = ¾¾¾ = ¾¾¾¾¾ = 0,0012 (моль/(л•с) t2– t1 90 – 40
Vср?

Ответ: V_ср = 0,0012 моль/(л·с)

Пример 2

При 25 ⁰С некоторая реакция заканчивается за 4 минуты. Вычислите, через какое время завершится данная реакция, если ее проводить при 45 ⁰С. Температурный коэффициент реакции равен 3.

Дано: t1= 4 мин. t 1 = 25 0С t 2 = 45 0С g =3	Решение Определим изменение скорости реакции при повышении температуры по формуле: V2 (t2–t1)/10 (45–25)/10 ¾¾ = g = 3 = 32 = 9 V1 Так как скорость реакции обратно пропорциональна времени, то
t2 ?

t₁ 4•60

t₂ = ¾¾ = ¾¾ = 26,7 (с)

9 9

Ответ: t₂ = 26,7 с.

Пример 3

При температуре 500 ⁰С в реакционном сосуде установилось равновесие НСНО Û Н₂ + СО. Вычислите константу равновесия, если начальная концентрация формальдегида НСНО равна 1 моль/л, а равновесная концентрация водорода Н₂ составляет 0,2 моль/л.

Дано: СНСНО = 1 моль/л [Н2]р = 0,2 моль/л	Решение Так как по уравнению реакции разложение 1 моля СНСНО приводит к образованию 1 моля Н2 и 1 моля СО, то при образовании 0,2 моля Н2 образуется 0,2 моля СО и расходуется 0,2 моля НСНО. Следовательно,
К?

равновесная концентрация формальдегида составит: [НСНО]р =1–0,2=0,8(моль/л), а равновесная концентрация оксида углерода (II): [СО]р = [Н₂]р = 0,2 (моль/л)

Константа равновесия составит: [Н₂]р [СО]р 0,2х0,2

K = ¾¾¾¾¾¾ = ¾¾¾¾ = 0,05.

[НСНО]р 0,8

Ответ: K = 0,05.

Пример 4

При некоторой температуре константа равновесия реакции СO+С1₂ÛСOС1₂ равна 40. Равновесные концентрации СO и СOС1₂ равны соответственно 0,2 моль/л и 0,8 моль/л. Вычислите исходную концентрацию С1₂.

Дано: К = 40 [СО]р = 0,2 моль/л [СOС12]р = 0,8 моль/л	Решение Из выражения константы равновесия для данной реакции СO + С12 Û СOС12: [СOС12]р К = ¾¾¾¾¾, [СO]р [С12]р
[С12]0?

определим равновесную концентрацию хлора [С1₂]_р:

[СOС1₂]_р 0,8

[С1₂]_р = ¾¾¾¾ = ¾¾¾¾ = 0,1.

К [СO]_р 0,2 · 40

Исходная концентрация [С1₂]₀ складывается из количества хлора, вступившего в реакцию, и оставшегося в равновесной смеси: [С1₂]₀ = [С1₂]_р + D[С1₂].

По уравнению реакции при образовании 1 моля фосгена расходуется
1 моль хлора. Следовательно, при образовании 0,8 моль СOС1₂ было израсходовано 0,8 моль С1₂. Тогда [С1₂]₀ = 0,1 + 0,8 = 0,9 (моль/л).

Ответ: [С1₂]₀ = 0,9 моль/л.

 

*****************************************************

 

Контрольные задания по теме
«Химическая кинетика. Химическое равновесие»

Вариант 1

1. Реагирующую смесь разбавили в 5 раз. Во сколько раз уменьшится скорость прямой и обратной реакций в системе Н_2(Г.) + Сl_2(Г.) Û 2НСl_(Г.)?

2. При уменьшении температуры на 30 ⁰С скорость реакции уменьшилась в 15,6 раза. Найдите g для данной реакции.

3. В системе установилось равновесие N_2(Г.) + O_2(Г.) Û 2NO_(Г.). В какую сторону оно сместится при повышении давления в 5 раз?

Вариант 2

1. Как изменятся скорости прямой и обратной реакций в системе
2NO Û 2NO + Cl₂ при увеличении давления в 3 раза?

2. Реакция при 0 ⁰С завершается за 1 с., γ = 2. При какой температуре реакция закончится за 100 секунд?

3. Как повлияет разбавление смеси реагирующих газов в два раза на состояние равновесия системы Н_2(Г.) + Вr_2(Г.) Û 2НВr_(Г.)?

Вариант 3

1. Рассчитайте, как изменится скорость прямой реакции
4NН₃ + 5О₂ = 4NО + 6Н₂О, если увеличить давление в системе в 2 раза?

2. При 25 ⁰С реакция заканчивается за 4 минуты. Через какое время завершится данная реакция, если ее проводить при 45 ⁰С (g = 3)?

3. Вычислите, в какую сторону сместится равновесие в системе
CО₂ + Н₂ Û CО + Н₂О при увеличении концентрации водорода в 2 раза.

Вариант 4

1. Реакция идет согласно уравнению 2NO + Cl₂ Û 2NOС1. Исходные концентрации равны [NO]₀ = 0,4 моль/л, [Cl₂]₀ = 0,3 моль/л. Как изменится скорость реакции, когда успеет прореагировать половина оксида азота?

2. Температурный коэффициент скорости реакции равен 2,0. Как изменится скорость этой реакции, если понизить температуру на 30 ⁰С?

3. Какое требуется оказать воздействие на систему 2СО + О₂ Û 2СО₂, чтобы сместить состояние равновесия вправо?

Вариант 5

1. Как изменятся скорости прямой и обратной реакций в системе:
2SO_2(г) + O_2(г) = 2SO_3(г), если объем газовой смеси уменьшить в три раза? В какую
сторону сместится равновесие системы?

2. Температурный коэффициент скорости реакции равен 2,5. Во сколько раз возрастет скорость реакции при повышении температуры от 35 до 85 °С?

3. В системе CaCO_3(кр) Û CaO_(кр) + CO_2(г) (∆H⁰ = +179 кДж) установилось равновесие. В какую сторону оно сместится при повышении температуры?

Вариант 6

1. Как изменится скорость реакции: 2NO_(г) + O_2(г) = 2NO_2(г); если уменьшить объем реакционной смеси в 2 раза?

2. На сколько градусов надо повысить температуру реакции, чтобы ее скорость увеличилась в 729 раз (γ = 3)?

3. Как изменится скорость прямой реакции по сравнению со скоростью обратной реакции в системе 2CO_(г) + 2H_2(г) Û CH_4(г) + CO_2(г), если увеличить давление в 2 раза?

Вариант 7

1. При повышении температуры на 30 °С скорость реакции возросла в 27 раз. Чему равен температурный коэффициент скорости этой реакции и во сколько раз увеличится ее скорость при повышении температуры на 20 ° и на 100 °?

2. Во сколько раз увеличится скорость реакции H_2(г) + Br_2(г) Û 2HBr_(г),
если концентрации исходных веществ увеличить в три раза?

3. Укажите, действием каких факторов можно сместить вправо равновесие в приведенных реакциях: а) C_{(графит)} + H₂O_(г) Û CO_(г) + H_2(г) – 129,89 кДж;

б) N₂O₄ Û 2NO₂ – 54,47 кДж; в) 2SO₂ + O₂ Û 2SO₃ + 192,74 кДж.

Вариант 8

1. В системе Н₂ + 1₂ Û 2Н1 концентрацию водорода увеличили с 0,01 моль/л до 0,03 моль/л, а концентрацию йода с 0,05 моль/л до 0,25 моль/л. Как изменилась скорость прямой реакции?

2. При увеличении температуры от 27 до 57 ⁰С скорость химической реакции возросла в 8 раз. Определите температурный коэффициент скорости реакции.

3. В системе установилось равновесие NH₃ + HСl Û NH₄Cl (DН < 0). Какие изменения произойдут в системе при повышении температуры?

Вариант 9

1. Во сколько раз следует увеличить давление, чтобы скорость образования NO₂ по реакции 2NO_(Г.) + О_2(Г.) = 2NO_2(Г.) возросла в 500 раз?

2. Некоторая реакция при 30 ⁰С протекает за 1 час. Сколько времени потребуется для завершения этой реакции при 60 ⁰С (g = 3)?

3. В системе NH₃ + HCl Û NH₄Cl; DН < 0 установилось равновесие. В какую сторону оно сместится при понижении температуры?

Вариант 10

1. Как изменится скорость прямой реакции 2NO + О₂ = 2NO₂ при разбавлении смеси реагирующих газов в 4 раза?

2. Как изменится скорость реакции при повышении температуры реакционной смеси на 30 ⁰С, если температурный коэффициент равен 2?

3. В системе NO Û 0,5N₂ + 0,5O₂; DН < 0 установилось равновесие. В какую сторону оно сместится при повышении температуры на 25 ⁰С?

Вариант 11

1. В ходе реакции 2А + 3В = С, за некоторое время концентрация вещества А уменьшилась на 0,02 моль/л. Как при этом изменилась концентрация веществ В и С?

2. Две реакции при 280 К протекают с одинаковой скоростью. Температурные коэффициенты скорости первой и второй реакций равны соответственно 2 и 3. Каким будет соотношение скоростей этих реакций при 310 К?

3. В системе CaC₂ + N₂ Û Ca(CN)₂ + C (DН <0) установилось равновесие.
В какую сторону оно сместится при понижении температуры на 40 ⁰С?

Вариант 12

1. Реагирующую смесь разбавили в 6 раз. Во сколько раз уменьшится скорость реакции Сl^–+ HClO = Cl₂ + ОН^–?

2. Две реакции протекают при 35 ⁰С с одинаковой скоростью. Температурный коэффициент первой реакции равен 2,5, а второй – 3. Найдите отношение скоростей этих реакций при 55 ⁰С.

3. В системе установилось равновесие 2O₃ Û 3О₂. В какую сторону оно сместится при понижении давления?

Вариант 13

1. Во сколько раз следует увеличить концентрацию кислорода, чтобы скорость реакции Р_(ТВ.) + 3O_2(Г.) = Р₄О_6(Г.) увеличилась в 27 раз при уменьшении массы фосфора в 3 раза?

2. Вычислите, при какой температуре реакция закончится за 20 минут, если при 30 ⁰С на это требуется 3 часа. Температурный коэффициент скорости реакции равен 3.

3. В какую сторону сместится равновесие в системе H₂ + Cl₂ Û 2HCl при уменьшении концентрации хлороводорода?

Вариант 14

1. Как изменится скорость реакции СаСО_3(тв) = СаО_(тв) + СО_2(г), если уменьшить количество СаСО₃ в 1,5 раза?

2. Температурный коэффициент скорости реакции равен 2,5. Как изменится скорость этой реакции, если повысить температуру на 60 ⁰С?

3. В какую сторону сместится равновесие при понижении давления в системе N₂ + 3H₂ Û 2NH₃?

Вариант 15

1. Как изменится скорость прямой реакции по сравнению со скоростью обратной реакции в системе 2NOС1 Û 2NO + Cl₂ при увеличении давления в 3 раза?

2. Некоторая реакция при 40 ⁰С протекает за 1 час. Сколько времени потребуется для завершения этой реакции при 20 ⁰С, если температурный коэффициент равен 2,3?

3. Как отразится на состоянии равновесия повышение давления в два раза
в системе 2NOCl_(Г.) Û 2NO_(Г.) + Cl_2(Г.)?

Раздел 7