化学反应速度与化学之间平衡
化学试剂,九料化工商城 / 2020-10-23
一、化学反应速度与化学平衡实验目的
1.了解浓度、温度、催化剂等对化学反应速度的影响
2.了解浓度和温度对化学平衡的影响
3.练习取用固体药品及液体药品等基本操作。
1.浓度对化学反应速度的影响
化学反应速度与各反应物浓度(以方程式中该物质的系数为指数)的乘积成正比。这一规律叫做质量作用定律。它仅适用于一步完成的反应一基元反应。实际上,很多反应是分成几个连续的过程来进行的。这时,质量作用定律虽然适用于其中每一个过程,但不适用于总的反应。例如,KIO3和Na2SO3在酸性介质中总的反应为
2KIO3+5Na2SO3+H2SO4=K2SO4+5Na2SO4+H2O+I2
而实际反应可能按下列连续过程进行(在酸性介质中Na2SO3以H2SO3表示)
(1)HIO3+H2SO3=HIO2+H2SO4
(2)HIO2+2H2SO3=HI+2H2SO4
(3)5HI+HIO3=3I2+3H2O
(4)I2+H2SO3+H2O=H2SO4+2HI
反应(4)比(3)快,(3)比(2)快,(2)比(1)快。
因此,只要溶液中有亚硫酸存在,碘就很快和亚硫酸反应而不可能存在。只有亚硫酸全部作用完以后,反应(3)所生成的碘才可能存在并与溶液中的淀粉作用而呈蓝色。于是,可用溶液中蓝色的出现作为H2SO3反应完的标志。出现蓝色所需时间越长,表示反应速度越小。
2.温度对化学反应速度的影响
温度对化学反应速度的影响比较显著。温度升高,反应速度增大;这主要是由于活化分子的分数增大,从而使活化分子总数大大增多,反应显著加快。本实验中采用下列反应:
Na2S2O3+h2SO(稀)=Na2SO4+H2O+SO2+S↓
根据在不同温度时出现硫浑浊的时间,粗略地表明温度对反应速度的影响。
3.催化剂对反应速度的影响
在化学反应中,催化剂能降低反应的活化能,因此能使反应速度增大。
对于多相反应,反应速度还与接触面和扩散速度有关。反应物间的接触面增大,则反应速度也增大。
4.浓度和温度对化学平衡的影响
当可逆反应达到平衡时,如果改变平衡的条件,平衡能被破坏而发生移动。例如,增大反应物的浓度,平衡就向减小反应物浓度(即增大生成物浓度)的方向移动。又如,升高温度,平衡就向降低温度(即吸热)的方向移动。
三、仪器和药品
1.仪器
量筒(100ml及10ml)烧杯、玻璃棒、洗瓶、温度计、秒表或有秒针的大挂钟(公用)、试管、大试管(3支)装有NO2气体的有塞锥形瓶（公用）大烧杯(公用）研钵、硬纸片、细木条(或细竹片或香头)
2.药品
酸：草酸H2C2O4(O.1N) 硫酸H2SO4(0.2N、6N)
盐：硫酸铜CuSO4(0.1M) 三氯化铁FeCI3(0.1M)
碘化钾KI(固) 碘酸钾KIO3(0.01M)
高锰酸钾KMnO4(0.01M) 硫酸(亚)锰MnSO4(0.1M)
硫氰酸铵NH4SCN(0.1M) 硫代硫酸钠Na2S2O3(0.1M)
亚硫酸钠Na2SO3[1升溶液中含1克Na2SO3(或2克Na2SO3.7H2O)、5克可溶淀粉及4毫升浓硫酸;需新配制的]
硝酸铅Pb(NO3)2(固)
其他：过氧化氢H2O2(3%) 二氧化锰MnO2(固)
锌粒 锌粉
四、化学反应速度与化学平衡实验内容
1.浓度对反应速度的影响
用10ml量筒[注]量取5ml 0.01M KIO3溶液,100ml量筒量取45ml水,倒入小烧杯中，用玻璃棒搅拌使混和均匀。再加入10ml Na2SO3溶液（含有淀粉且用H2SO4酸化过的),并立即用玻璃棒搅拌,使混和均匀。记录溶液从开始混和至出现蓝色所需的时间(秒)(为了便于观察颜色的出现,可在烧杯下垫一张白纸）。
同上操作,按下表(2)、(3)及(4)分别改变KIO3和水的用量,并各加入10mL Na2SO3溶液。将4次反应所需的时间一一记下。
| |
用量 |
（毫升） |
| 实验编号 |
KIO3溶液（a） |
H2O(b) |
| 1 |
5 |
45 |
| 2 |
10 |
40 |
| 3 |
15 |
35 |
| 4 |
20 |
30 |
根据实验结果,说明浓度与化学反应速度的关系。
[注]不同的试剂可用不同的量筒量取,以免多次洗涤。量筒可两人合用,但必须作好记号,以免混淆。
2.温度对反应速度的影响
(1)取3支大试管。量取6ml 0.2N H2SO4溶液,倒入第1支试管中;再量取2ml 0.1M Na2S2O3溶液及4mlH2O,倒入第2支试管中;在第3支试管中加入3~4mlH2O。然后将3支试管同时插入盛有冷水的烧杯(用作水浴)中,在第3支试管中插入温度计(图9-11个2分钟后(使试管中溶液的温度与烧杯内水的温度相等),记下温度。将H2SO4溶液倒入盛有Na2S2O3溶液的试管中,摇荡,使混和均匀,随即将试管插回水浴中。记录溶液从开始混和到开始出现浑浊所需的时间(秒)。
往烧杯中加入热水,使水温分别升高10℃和20℃,按上述操作再进行两次实验[注]
根据实验结果,说明温度与化学反应速度的关系。
[注]试管中溶液混和后,盛有混和溶液的试管仍应放在烧杯内的热水中，以保持一定温度。若要求的水高于室温,在反应过程中应经常用小火加热,以防止其温度下降。
*(2)按上面实验内容1,往1只100ml小烧杯中加入5ml0.01M KIO3溶液及45mL水,往1支试管中加入10mlNa2SO3溶液(含有淀粉且用H2SO4酸化过的),将该烧杯及试管放入温水浴中升温(可用400ml烧杯作水浴加入热水,或用小火加热,水浴温度可高于测定温度约10℃),待溶液温度高于室温10℃时,将两溶液混和,搅拌使均匀。记录从开始混和至出现蓝色所需的时间,并与实验内容1中测得的室温时所需时间作比较。
若室温高于30℃,测定温度可低于室温10℃,用冰水浴代替热水浴。
3.催化剂对反应速度的影响
(1)均相(或单相)催化取2支试管,往1支试管中加入1ml 6 NH2SO4、0.5ml 0.1M MnSO4、3m1 0.1N H2C2O4溶液。往另1支试管中加入1ml6 NH2SO4、0.5ml去离子水、3ml 0.1N H2C2O4溶液。然后于此两支试管中各加入3滴0.01 MKMnO溶液,摇匀,比较两支试管中紫色退去的快慢。
反应方程式为
2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4=2MnSO4+10CO2↑+K2SO4+8H2O
(2)复相(或多相)催化 取1支试管,加入3m3%HO2溶液,观察是否有气泡产生。然后往试管中再加入少量二氧化锰(MnO2)粉末,观察是否有气泡(氧气)放出,用细木条余烬插入试管中检验之[注]
[注]试验在试管中产生的气体,一般可先用大拇指按紧试管口片刻以积聚气体,然后再试验。
4.接触面对反应速度的影响
*(1)取少量干燥的碘化钾(KI)与硝酸铅[Pb(NO3)2]晶体,置于硬纸片上,用玻璃棒轻搅混,观察有无变化?然后将上述混和物倒入研钵中,研磨之,观察颜色的变化。
(2)取支试管,各加入1~2ml01 CuSO溶液,然后往1支试管中加入少量锌粉,另外1支试管中加入几颗锌粒,观察两溶液颜色的变化,并比较其反应速度.
5.浓度对化学平衡的影响
往1只小烧杯中加入15ml去离子水,然后加入0.1M FeCl3及0.1M NH4SCN溶液各3I滴，得到浅血红色溶液。溶液中的红色物质主要是[Fe(SCN)]2+离子。
Fe3++scn-=[Fe(SCN)]2+
当红色不变时,即表示反应达到平衡。将所得溶液等分于3支试管中,然后往第1支试管中加入4滴0.1M FeCl3溶液,第2支试管中加入4滴0.1M nH4SCN溶液,而第3支试管留作比较用。观察前两支试管中溶液颜色的变化,从而说明浓度对化学平衡的影响。
6.温度对化学平衡的影响
取2只密闭有塞的锥形瓶,内装处于平衡状态的NO2和N2O4气体(两瓶气体颜色深浅相仿）。
2NO2 →← N2O4+66.9千焦
(红棕色) (无色)
混和气体的颜色深浅视NO2与N2O4的相对含量而定。将1只锥形瓶浸在盛有热水的烧杯中,另1只锥形瓶浸在盛有冷水的烧杯中,比较两瓶气体的颜色,从而作出温度对化学平衡的影响的结论[注]
[注]本实验的锥形瓶可公用,每次观察完毕应立即将盛NO2气体的锥形瓶从水中取出,以便恢复到室温，供其它学生使用。
五、化学反应速度与化学之间平衡实验前准备的思考题
1.化学反应速度一般是怎样表示的?本实验1和2中的反应速度是怎样表示的?
2.影响反应速度的因素有哪些?本实验中如何分别试验浓度、温度对化学反应速度的影响？
3.进行本实验2,在操作中有哪些应注意之处?
4.化学平衡在什么情况下将发生移动?如何判断化学平衡移动的方向?本实验中如何试验、温度对化学平衡的影响?
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