Опыт 4. Смещение химического равновесия

Смещение химического равновесия вследствие изменения равновесных концентраций реагирующих веществ изучается на примере обратимой реакции между хлоридом железа(III) и роданидом калия или аммония. В результате реакции образуется соединение - роданид железа(III) - раствор кроваво-красного цвета:

FeCl₃ + 3KSCN D Fe(SCN)₃ + 3KCl

Интенсивность окраски зависит от концентрации этого соединения в растворе. FeCl₃ и Fe(SCN)₃ являются комплексными соединениями, константы нестойкости этих комплексов приведены в таблице (см. приложения).

Порядок выполнения опыта.

1. Взять по 10 мл 0,5М растворов хлорида железа(III) и роданида калия или аммония и смешать их в химическом стакане. После чего содержимое стакана разлить в четыре пробирки. Первую пробирку с раствором оставить, как контрольную, для сравнения.

2. Во вторую пробирку добавить 2-3 капли насыщенного раствора хлорида железа(III). Сравнить интенсивность окраски с окраской раствора в первой пробирке. В третью пробирку прилить 2-3 капли насыщенного раствора роданида калия (или аммония). Отметить, как изменяется окраска раствора. В четвертую пробирку прибавить немного кристаллического хлорида калия. Наблюдения записать в таблицу.

Таблица3

№	Вещество, концентрация которого увеличивается	Изменение окраски	Направление сдвига равновесия
	FeCl3
	KSCN
	KCl

3. Написать выражение для константы равновесия этой реакции и объяснить, почему меняется окраска растворов во второй, третьей и четвертой пробирках.

Вопросы для самоподготовки

1. Скорость химической реакции для гомогенных и гетерогенных процессов. От каких факторов зависит скорость химической реакции?

2. Молекулярность и порядок реакции.

3. Зависимость скорости реакции от температуры. Правило Вант Гоффа. Температурный коэффициент скорости химической реакции.

4. Энергия активации. Уравнение Аррениуса.

5. Катализаторы. Гомогенный и гетерогенный катализ. Селективность действия катализатора. Автокатализ.

6. Химическое равновесие. Условие химического равновесия.

7. Закон действующих масс. Константа химического равновесия.

8. Смещение химического равновесия. Правило Ле Шателье.

 

Задачи и упражнения

1. Срок хранения автомобильных покрышек при температуре 20°С составляет 5 лет, а при температуре 10°С – 10 лет. Сколько лет можно хранить покрышки при -10°С.

2. В реакции 2-го порядка A + B → D начальные концентрации веществ А и В равны соответственно 0,5 моль/л и 1,2 моль/л. Начальная скорость реакции равна 1,2∙10^-3 моль/(л∙с). Рассчитать константу скорости и скорость реакции в момент, когда концентрация вещества В равна 1,0 моль/л.

3. Рассчитать среднюю скорость окисления этилового спирта в человеческом организме, если известно, что 200 г вина, содержащего 11,5 % спирта, полностью окисляются за 3,0 часа.

4. В системе СO_(г.) + Сl_{2 (г.)} ⇌ СOCl_{2 (г.)} концентрацию СО увеличили от 0,03 до 0,12 моль/л, а концентрацию хлора – от 0,02 до 0,06 моль/л. Во сколько раз возросла скорость прямой реакции?

5. Написать выражения скорости реакции для следующих процессов:

а) N₂O_{4 (г.)} ⇌ 2NO_{2 (г.)}; г) SO_{2 (г.)} + O_{2 (г.)}⇌ SO_{3 (г.)};

б) H_{2 (г.)} + S_(к.) ⇌ H₂S_(г.); д) С_(к.) + 2H_{2 (г.)} ⇌ CH_{4 (г.)};

в) 2NO_(г.) + Сl_{2 (г.)} ⇌ 2NOCl_(г.); е) 3O_{2 (г.)}⇌ 2O_{3 (г.)}.

 

6. Как изменится скорость реакции

C₂H_{2 (г.)} + 2H_{2 (г.)} ⇌ C₂H_6(г.)

а) при увеличении концентрации ацетилена в 2 раза;

б) при увеличении концентрации водорода в 4 раза;

в) при увеличении давления в системе в 3 раза?

7. При 150°С некоторая реакция заканчивается за 16 мин. Принимая температурный коэффициент скорости реакции равным 2,5, рассчитать, через какое время закончится эта реакция, если проводить ее: а) при 250°С, б) при 100°С.

8. При температуре 58°С некоторая реакция закончилась за 1 час 4 минуты. При какой температуре реакция закончится за 1 минуту, если температурный коэффициент равен двум?

9. Как изменится скорость реакции 2NO_(г.) + Cl_{2 (г.)} ⇌ 2NOCl_(г.) при одновременном увеличении концентрации оксида азота (II) в 2 раза и уменьшении концентрации хлора в 4 раза?

10. Обратимая реакция описывается уравнением: A + B ⇌ C + D. Смешали по 1 моль каждого из этих веществ. После установления равновесия в смеси обнаружено 1,5 моль вещества С. Рассчитать константу равновесия.

11. Как влияет увеличение температуры на состояние равновесия в следующих реакциях:

а) FeO_(к.) + CO_(г.) ⇌ Fe_(к.) + CO_{2 (г.)} + Q;

б) N_{2 (г.)} + O_{2 (г.)} ⇌ 2NO_(г.) – Q?

12. Как влияет охлаждение на состояние равновесия в следующих реакциях:

а) С_(к.) + CO_{2 (г.)} ⇌ 2 CO_(г.) – Q; б) H_{2 (г.)} + O_{2 (г.)} ⇌ H₂O_(ж.) + Q?

13. В каком направлении сместятся равновесия:

а) N₂O_4(г) ⇌ Б 2NO_2(г) - 58,4 кДж,

б) CO_(г) + H₂O_(г) ⇌ CO_2(г) + H_2(г) + 41,2 кДж,

в) COCl_2(г) ⇌ CO_(г) + Cl_2(г) - 112,5 кДж,

г) 2NO_(г) + O_2(г) ⇌ 2NO_2(г) + 113 кДж,

д) SO_2(г) + O_2(г) ⇌ 2SO_3(г) + 196,6 кДж,

е) 2HBr_(г) ⇌ H_2(г) + Br_2(г) - 72,5 кДж,

ж) C_(т)+ H₂O_(г) ⇌ CO_(г) + H_2(г)- 132 кДж,

и) CuO_(т) + C_(т) ⇌ CO_(г) + Cu_(т) - 46 кДж,

к) FeO_(т) + CO_(г) ⇌ Fe_(т) + CO_2(г) + 17 кДж,

при понижении температуры? При повышении давления? При увеличении концентрации исходных веществ?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2