Лабораторная работа по химическому равновесию, Прогноз направления реакций и его экспериментальная проверка - Химическая кинетика, равновесия, термодинамика
Прогноз направления реакций и его экспериментальная проверка
В тетради должны быть заранее выписаны необходимые константы (см. Приложение), проведены расчеты, написаны предполагаемые уравнения реакций (или указано, что реакция не ожидается - стрелка зачеркнута) и оставлено место для описания опыта, наблюдений и пояснений. Основная работа по этой части должна быть проведена дома, т. к. каждый эксперимент занимает не больше минуты. Если результаты опыта не согласуются с расчетом, нужно немедленно разбираться: либо в расчете, либо в проведении опыта есть ошибка.
1. Выпадет ли осадок галогенида свинца, если смешать равные объемы 0,005 М раствора Pb(NO3)2 и 0,05 М раствора KГ (Г = Cl или I)?
Рекомендуемая схема расчета. Находим концентрации до начала реакции. При смешивании равных объемов объем удваивается, значит, исходные концентрации становятся вдвое меньше, чем были в банках. А поскольку исходные вещества - типичные соли, они в растворе должны полностью распадаться на соответствующие ионы, значит, концентрации солей - это и есть концентрации их ионов (с учетом индексов в формуле). Далее вычисляем произведение концентраций ионов (ПКИ) в той же форме (с теми же показателями), что и в произведении растворимости. Поскольку концентрации KCl и KI одинаковые, этот расчет - один для обоих опытов.
Далее сравниваем полученные цифры с табличными значениями ПР. Если ПКИ > ПР, значит, концентрации ионов выше равновесных, и ожидается их уменьшение, т. е. выпадение осадка. Если ПКИ < ПР, значит, концентрации ниже, чем в равновесии с осадком, и осадок выпадать не может. Более того, в таком растворе еще могло бы раствориться некоторое количество данного галогенида свинца, если бы мы его добавили.
Смешиваем раствор нитрата свинца в одной пробирке с раствором KCl, а в другой - с раствором KI и отмечаем результаты.
2. Выпадет ли осадок сульфида, если смешать равные объемы насыщенного (0,1 М) раствора сероводорода и 1 М раствора сульфата (или нитрата) марганца и меди?
Эта задача подобна предыдущей, но с тем усложнением, что H2S - очень слабая кислота, т. е. дает очень мало ионов водорода, поэтому никак нельзя считать, что концентрация сульфид-ионов равна концентрации кислоты. И MnS, и CuS растворимы в воде гораздо хуже, чем, например, PbCl2, поэтому раствором сульфида натрия они осаждаются однозначно. Но хватит ли для этого ионов сульфида в растворе сероводорода? Можно, как и выше, вычислять ПКИ, но предлагается более общий подход.
Вычислите по табличным данным константу равновесия ожидаемой реакции:
M2+ + H2S <> MS v + 2 H+; K = ? (1)
Для этого надо получить данное уравнение путем комбинирования уравнений (2)-(4), т. е. тех равновесий, для которых есть справочные данные в Приложении:
H2S <> HS - + H+; К1 (H2S) =... (2)
HS - <> S2- + H+; К2 (H2S) =... (3)
MS <> M2+ + S2-; ПР (MS) =... (4)
Химические уравнения складывают точно так же, как алгебраические, при необходимости домножая их на коэффициенты. Нетрудно заметить, что в искомое уравнение не входят ионы HS - и S2-, следовательно, надо складывать так, чтобы эти промежуточные продукты взаимно уничтожились.
Когда химические уравнения складываются, то их константы равновесия перемножаются, а если уравнение умножается на некий коэффициент, то его константа равновесия возводится в соответствующую степень. Если же уравнение вычитается, то его константа равновесия, естественно, идет в знаменатель.
Получив общее выражение К через К1 (H2S), К2 (H2S) и ПР (MS), подставляем конкретные числовые значения для разных M, и качественный вывод готов: если константа равновесия очень велика - реакция идет практически до конца, если константа очень мала - реакция практически не идет, а если она не очень сильно отличается от единицы - значит, в зависимости от концентраций, равновесие может смещаться вправо или влево, и нужно в расчете использовать конкретные концентрации. В частности, подставив в выражение константы равновесия процесса (1) исходные концентрации M2+ и H2S, можно вычислить концентрацию ионов водорода, при которой начинается осаждение MS. Если она получается нереально высокой - значит, осаждение неизбежно.
Смешиваем растворы, отмечаем результаты.
3. Будут ли кислыми, нейтральными или щелочными растворы Na2HPO4 и NaH2PO4?
Ответ заранее не очевиден. С одной стороны, это кислые соли, следовательно, могут диссоциировать по кислотному типу, т. е. давать ионы водорода и создавать кислую среду. С другой стороны, это соли слабой фосфорной кислоты, они могут подвергаться гидролизу, т. е. не отдавать ион водорода, а, наоборот, захватывать его у воды и этим создавать щелочную среду. Но раствор не может быть одновременно и кислым, и щелочным. Нужно решить, что преобладает, а для этого сравнить константы двух равновесий. Рассмотрим на примере гидрофосфата (Na2HPO4).
- А) Гидролиз. HPO42- + H2O <> H2PO4- + OH-; константа гидролиза получается делением константы ионизации воды на константу ионизации того слабого электролита, который получается в результате гидролиза: КГ = КВ / КК. Внимание! Не перепутайте, какая из трех констант фосфорной кислоты тут нужна! Б) Кислотная диссоциация. HPO42- <> PO43- + H+; а тут какая из трех констант используется?
Сравниваем константы, и качественный вывод (кислый или щелочной раствор) очевиден. Процессом, у которого константа равновесия на много порядков ниже, можно пренебречь.
Проделайте расчеты для обеих кислых солей и проверьте результат с помощью универсальной индикаторной бумаги, запишите значения рН.
Похожие статьи
-
(а) На основе уравнения ЗДМ объясните физический смысл константы скорости. (б) Зависит ли константа скорости от концентраций реагентов? от их природы? от...
-
Заготовьте в тетради заранее таблицу для записи исходных данных и результатов опытов. Сейчас в нее внесены некоторые предполагаемые объемы растворов, но...
-
(а) Зависят ли энергия активации и предэкспоненциальный множитель от природы реагентов? от их концентраций? от температуры? от присутствия посторонних...
-
Гомогенные равновесия в растворах электролитов Константа ионизации (диссоциации) слабого основания на примере аммиака (запись NH3*H2O предпочтительнее,...
-
Допустим, реакция aA + bB <> хХ + yY - гомогенная и идет в одну стадию. Тогда скорость прямой реакции vПр = KПр [A]A{B]B, а скорость обратной...
-
Краткая теория Основное уравнение гомогенной кинетики - закон действующих масс, ЗДМ (хотя реально подставляются не массы, а молярные концентрации):...
-
Влияние разбавления раствора - Химическая кинетика, равновесия, термодинамика
Это, как и в предыдущем параграфе, изменение концентрации, но не одного вещества, а одновременно всех растворенных веществ. Допустим, что объем раствора...
-
В предыдущих разделах рассмотрены отдельные аспекты кинетики, а теперь пора подвести общие итоги: от чего зависят скорости реакций и как можно ими...
-
Чтобы возникла поверхность раздела фаз, нужна затрата энергии - Еа зародышеобразования. А когда новая фаза уже появилась, ее дальнейший рост идет...
-
Выбор оптимальных условий проведения реакций - Химическая кинетика, равновесия, термодинамика
Если наша цель - получить максимальный выход продукта за определенное небольшое время, а реакция медленная и обратимая, то нужно одновременно учитывать...
-
Это случай, наиболее похожий на гомогенную кинетику. Он реализуется, когда продукт гетерогенной реакции легко удаляется (растворяется, испаряется или...
-
К сожалению, многие учебники химии построены не вполне логично, в частности, одно и то же слово может использоваться в разных смыслах, поэтому...
-
Задачи и упражнения по химическому равновесию - Химическая кинетика, равновесия, термодинамика
При решении расчетных задач используйте цифровые данные из Приложения. Примеры решения подобных задач можно найти в задачнике Глинки [3, 4]. 1. От чего...
-
Влияние концентрации - Химическая кинетика, равновесия, термодинамика
При возрастании концентрации какого-то из веществ (исходных или продуктов) равновесие смещается в сторону его расходования, а при уменьшении концентрации...
-
Автору кажется, что логично было бы начать изложение с термодинамики, и лишь потом на ее основе рассматривать кинетику и равновесия: если реакция...
-
Общие сведения Гетерогенные реакции еще труднее для изучения, чем гомогенные, и в обычных учебниках общей химии им уделяется мало внимания, хотя они...
-
Краткая теория В старом учебнике Глинки вопрос хорошо изложен на качественном уровне, но не хватает строго количественного описания влияния температуры...
-
Катализ - Химическая кинетика, равновесия, термодинамика
К изложенному в учебнике необходимо несколько уточнений и добавлений. Во-первых, реакция в присутствии катализатора идет не в одну стадию, а минимум в...
-
ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА И ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ - Неограническая химия
Задание 4.1: 4.1.1. Проанализируйте данную Вам реакцию (табл. IV.1) и укажите, какой она является: гомогенной или гетерогенной. 4.1.2. Запишите...
-
Чтобы осуществлялось химическое взаимодействие веществ А и В, их молекулы (частицы) должны столкнуться. Чем больше столкновений, тем быстрее протекает...
-
Истинное и ложное равновесие Все химические реакции в той или иной степени обратимы. Если возможна реакция aA + bB хХ + yY, то возможна и обратная...
-
Смещение равновесия Смещение равновесия - это изменение состояния равновесия (изменение равновесного соотношения количеств исходных веществ и продуктов)...
-
Демонстрационные опыты - Химическая кинетика, равновесия, термодинамика
Как и в предыдущем разделе, здесь приходится заменить практикум лекционными демонстрациями. Оба опыта основаны на растворении твердого карбоната кальция...
-
Это самый распространенный вариант. В реакции твердое+твердое, твердое+жидкость или твердое+газ продукт образуется на поверхности раздела фаз, и если он...
-
Опыт проводили в условиях, имитирующих периодическую экстракцию: в стакан одновременно загружали все реагенты и перемешивают их в течение заданного...
-
При нагревании (подводе тепла) равновесие смещается в сторону протекания эндотермической реакции (поглощения этого тепла), а при охлаждении - в сторону...
-
Влияние давления - Химическая кинетика, равновесия, термодинамика
Существенно, прежде всего, для реакций с участием газов. Снижение давления ведет к увеличению объема и уменьшению концентраций всех газов, после чего...
-
Квазихимические равновесия в кристаллах - Химическая кинетика, равновесия, термодинамика
Равновесия дефектов в кристаллах тоже могут рассматриваться на основе ЗДМ. При этом в качестве реагентов могут фигурировать не только реальные частицы...
-
Определение удельной и молярной электропроводности сульфатных растворов Методика эксперимента. В исследованиях использовали растворы: 0,1 M CuSO4; 0,01...
-
Синтез бромэтана проводили в соответствии с методикой, изложенной в источнике [2]. ХОД РАБОТЫ - Приготовление исходных реактивов и собирание прибора Рис....
-
Рассмотрим реакцию между веществами А и В, протекающую по схеме: А А + в В = с С + d D Количественно зависимость между скоростью реакции и концентрациями...
-
Энергия Гельмгольца Изохорно-изотермический потенциал F = U - TS Величина ( V - TS ) является свойством системы; она называется энергией Гельмгольца....
-
1. Какие реакции называются окислительно-восстановительными? 2. Что такое степень окисления? Какие процессы называются "окислением" и "восстановлением"?...
-
Кинетика химических реакций - Концепции современного естествознания: химическая составляющая
Одна из особенностей химических реакций заключается в том, что они протекают во времени. Одни реакции протекают медленно, месяцами, как, например,...
-
Скорость реакции определяется изменением молярной концентрации одного из реагирующих веществ: V=dC/dtV. Факторы, влияющие на скорость химических...
-
Что такое гравиметрический фактор F - Основы аналитической химии
Если мы знаем A - навеску анализируемой пробы, b - массу осадка и его состав, то мы можем вычислить содержание определяемого вещества X . X = a*F*100/b...
-
Гидролиз по катиону и аниону - Ионные реакции
Соли, образованные слабым основанием и слабой кислотой, гидролизуются и по катиону и по аниону: CH3COONH4 + H2O " CH3COOH + NH4OH Или в ионной форме:...
-
"Сероводородная" классификация катионов Катионов, подлежащих распознаванию, у нас гораздо больше, чем анионов, поэтому самостоятельное построение...
-
Реакции ионного обмена - это реакции между ионами, образовавшимися в результате диссоциации электролитов. Правила составления ионных уравнений реакций 1....
-
Основные понятия химической термодинамики - Химическая термодинамика. Термохимия. Решение задач
Прежде чем приступить к изучению предмета химической термодинамики, необходимо ввести ряд терминов и понятий, используемых в этом разделе. Изучаемые...
Лабораторная работа по химическому равновесию, Прогноз направления реакций и его экспериментальная проверка - Химическая кинетика, равновесия, термодинамика