Методическое обеспечение: Шилов А.А. Редактор: Гордеева Ю.В

Методическое обеспечение: Шилов А.А.
Редактор: Гордеева Ю.В.
3D графика: Дубин А.Н.
Script программирование: Егоров А.И.
Управление проектом: Сергиенко Е.В.
Лабораторная работа
Тема: Химическое равновесие
1. ВВЕДЕНИЕ
Цель работы: Изучить
химического равновесия.
влияние
концентрации
на
смещение
2. ТЕОРИЯ
Различают необратимые и обратимые реакции. Необратимые
реакции протекают только в одном направлении, вне зависимости от
внешних условий. Например:
2KClO3(тв)  2KCl(тв) + 3O2(г)
Обратимые (двусторонние) реакции проходят как в прямом, так и в
обратном направлении. Например:
2H2(г) + O2(г) ↔ 2H2O(г)
Состояние системы, при котором скорости прямой и обратной реакции
оказываются равными, называется химическим равновесием.
Химическое равновесие – динамическое, т. к. наблюдается
непрерывное течение прямой и обратной реакции при равенстве скоростей.
Для реакции
mA + nB ↔ pC + qD
скорость прямой реакции 1  k1  [ A]m  [ B]n , а скорость обратной реакции
2  k2  [C ] p [ D]q . Следствием равенства скоростей k1  [ A]m  [ B]n  k2  [C ] p [ D]q
является справедливость соотношения
K
k1 [C ] p  [ D]q
или

k2 [ A]m  [ B]n
[C ] p  [ D]q
[ A]m  [ B]n
Отношение констант скоростей прямой и обратной реакции при
Т=const называют константой химического равновесия (К).
Закон действия масс для обратимых реакций формулируется
следующим образом. Отношение произведения молярных равновесных
концентраций продуктов реакции к произведению равновесных молярных
концентраций реагирующих веществ в степенях их стехиометрических
коэффициентов при постоянной температуре есть величина постоянная,
называемая константой химического равновесия.
Концентрации веществ, соответствующие состоянию равновесия,
называют равновесными концентрациями. Константа химического
равновесия при постоянной температуре показывает, во сколько раз
константа скорости прямой реакции отличается от константы скорости
обратной. она зависит от температуры и природы реагирующих веществ, но
не зависит от их концентрации, а также от присутствия катализатора.
СМЕЩЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ
Если изменить одно из условий состояния системы, находящейся в
равновесии: температуру, концентрацию или давление (для газообразных
веществ), то равновесие нарушается, и концентрации всех участвующих в
реакции веществ изменяются до тех пор, пока не установится новое
состояние равновесия при других значениях равновесных концентраций.
Такой переход системы от одного состояния равновесия к другому
называется смещением (сдвигом) химического равновесия. Смещение
химического равновесия подчиняется принципу Ле-Шателье: если на
систему, находящуюся в равновесии, оказать какое-либо воздействие, то в
системе равновесие сместится в сторону ослабления внешнего воздействия.
Так, увеличение температуры вызывает смещение равновесия в
сторону реакции, идущей с поглощением теплоты (эндотермической), а
понижение температуры смещает равновесие в сторону реакции, идущей с
выделением теплоты (экзотермической).
При увеличении концентрации исходных веществ равновесие
смещается в сторону образования продуктов реакции, а увеличение
концентрации продуктов реакции вызывает смещение равновесия в сторону
образования исходных веществ.
Когда в реакции участвуют газообразные вещества, равновесие может
сместиться при изменении давления. При увеличении давления в
равновесной системе равновесие сдвигается в сторону реакции, протекающей
с уменьшением объема, т. е. с уменьшением числа молей газообразных
веществ. Наоборот, при уменьшении давления равновесие смещается в
сторону реакции, идущей с возрастанием числа молей газов.
Если в уравнении обратимой реакции число молей газообразных
веществ в левой части равно числу молей газов в правой части, то изменение
давления не вызывает смещения химического равновесия. Например:
N2(г) + О2(г) ↔ 2NO(г)
1моль+1 моль
2 моль
3. ОБОРУДОВАНИЕ
3.1 Активные клавиши
Рис. 3.1. Функции манипулятора
Левая клавиша мыши (ЛКМ) - при нажатии берется объект (пробирка,
палочка для перемешивания, капельница)
Средняя клавиша мыши (СКМ) - при прокрутке назад (на себя) сцена
отдаляется, при прокрутке вперед (от себя) сцена приближается.
Правая клавиша мыши (ПКМ) - при нажатии на объект происходит действие
(из капельницы капает вещество, палочка перемешивает вещество)
Движение мыши:
движение вправо - сцена движется вправо,
движение влево - сцена движется влево,
движение вверх - сцена движется вверх,
движение вниз - сцена движется вниз.
3.2 Лабораторное оборудование
Для проведения лабораторной работы необходимо следующее
оборудование:
 4 капельницы с надписью:
1. FeCl3 разбавленный раствор
2. KCNS разбавленный раствор
3. FeCl3 насыщенный раствор
4. KCNS насыщенный раствор
 Склянка с надписью KCl кристалический
 Штатив с 4 пробирками
 Стеклянная палочка для перемешивания реактивов
Справа находится кнопка вызова меню (рис. 3.2). В меню можно
увидеть кнопки управления («Начать заново», «Выход»), окна с подсказками
к текущему опыту в лабораторной работе (какие вещества нужно добавить в
пробирку), кнопку для вызова окна настроек (рис. 3.4), в котором можно
включить полноэкранный режим, настроить качество графики. Для выхода из
полноэкранного режима нажать клавишу ESC.
Рис. 3.2. Кнопка вызова меню
Рис. 3.3. Боковое меню
Рис. 3.4. Окно настроек
При наведении курсора мышки на капельницу с веществом в верхней
части экрана появляется надпись с названием вещества, при наведении
курсора на пробирку в верхней части экрана отображается номер пробирки.
На рис. 3.5. показан пример отображения надписи при наведении курсора на
капельницу с надписью KCNS разб.
Рис. 3.5. Отображение названия капельницы в верхней части экрана
4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
Цель работы: Изучить
химического равновесия.
влияние
концентрации
на
смещение
Опыт 1. Смещение химического равновесия путем изменения
концентрации исходных и продуктов реакции.
В четыре пробирки внесите по 5 капель разбавленных растворов FeCl3
и KCNS. Растворы в пробирках перемешайте стеклянной палочкой. Все
пробирки поставьте в штатив. В растворах имеет место обратимая реакция:
FeCl3 + 3KCNS ↔ 3KCl + Fe(CNS)3
Красную окраску раствору придает роданид железа (III). По изменению
интенсивности окраски можно судить об изменении концентрации Fe(CNS)3,
т. е. о смещении равновесия в ту или иную сторону.
Первую пробирку оставьте в качестве эталона.
Во вторую пробирку добавьте одну каплю насыщенного раствора
FeCl3, в третью одну каплю насыщенного раствора KCNS, в четвертую
несколько кристалликов KCl. Перемешайте растворы стеклянной палочкой.
Отметьте изменение интенсивности окраски раствора в каждой пробирке
относительно окраски эталона. Результаты наблюдений занесите в таблицу:
№
пробирки
1
2
3
4
Первоначальный Добавленное
цвет раствора
вещество
красный
красный
красный
красный
FeCl3
KCNS
KCl
Изменение интенсивности
окраски раствора (усиление
или ослабление)
-
Направление
смещения
равновесия
-
Напишите выражение константы равновесия данного процесса.
На основании принципа Ле-Шателье сделайте вывод о влиянии
концентрации реагирующих веществ на смещение химического равновесия
реакции.
Последовательность действий:
Первые действия можно делать двумя способами.
Способ 1:
1. Берем капельницу с надписью FeCl3 разбавл. (нажатие ЛКМ);
2. Капаем по 5 капель разбавленного раствора FeCl3 во все четыре
пробирки (капать нажатием ПКМ, 1 нажатие – 1 капля; для того, чтобы перенести
капельницу к следующей пробирке нажать ЛКМ);
3. Отставляем капельницу с надписью FeCl3 разбавл. в сторону (нажатие
ЛКМ после заполнения последней пробирки);
4. Берем капельницу с надписью KCNS разбавл. (нажатие ЛКМ);
5.
Добавляем во все 4 пробирки также по 5 капель разбавленного
раствора KCNS (капать нажатием ПКМ, 1 нажатие – 1 капля; для того, чтобы
перенести капельницу к следующей пробирке нажать ЛКМ);;
6.
Отставляем капельницу с надписью KCNS разбавл. в сторону (нажатие
ЛКМ);
Способ 2 (пункты 1-6 повторить для всех 4х пробирок):
1. Берем пробирку (нажатие ЛКМ);
2. Берем капельницу с надписью FeCl3 разбавл. (нажатие ЛКМ);
3. Капаем 5 капель разбавленного раствора FeCl3 (5 нажатий ПКМ);
4. Отставляем капельницу с надписью FeCl3 разбавл. в сторону (нажатие
ЛКМ);
5. Берем капельницу с надписью KCNS разбавл. (нажатие ЛКМ);
6. Добавляем 5 капель разбавленного раствора KCNS (5 нажатий ПКМ) и
отставляем капельницу с надписью KCNS разбавл. в сторону (нажатие ЛКМ);
В растворах имеет место обратимая реакция
FeCl3 + 3KCNS ↔ 3KCl + Fe(CNS)3
В результате реакции образуется раствор красного цвета. Красную окраску
раствору придает роданид железа (III). По изменению интенсивности окраски можно
судить об изменении концентрации Fe(CNS)3, т.е. о смещении равновесия в ту или
иную сторону;
7. Первую пробирку оставляем в качестве эталона;
8. Берем вторую пробирку (нажатие ЛКМ);
9. Берем капельницу с насыщенным раствором FeCl3 (нажатие ЛКМ);
10. Добавляем во вторую пробирку 1 каплю насыщенного раствора FeCl3 (1
нажатие ПКМ);
11. Отставляем капельницу с насыщенным раствором FeCl3 в сторону
(нажатие ЛКМ);
12. Перемешиваем раствор стеклянной палочкой (нажатие ЛКМ на палочку);
13. Убираем пробирку обратно в штатив (нажатие ЛКМ);
14. Берем третью пробирку (нажатие ЛКМ);
15. Берем капельницу с надписью
KCNS насыщенный раствор (нажатие
ЛКМ);
16. В третью пробирку добавляем одну каплю насыщенного раствора KCNS
(1 нажатие ПКМ),
17. Отставляем капельницу с насыщенным раствором KCNS в сторону;
18. Перемешиваем раствор стеклянной палочкой (нажатие ЛКМ на палочку);
19. Убираем пробирку обратно в штатив (нажатие ЛКМ);
20. Берем четвертую пробирку (нажатие ЛКМ);
21. Берем микрошпатель из склянки с надписью KCl кристалический
(нажатие ЛКМ на микрошпатель) и добавляем в четвертую пробирку несколько
кристалликов KCl;
22. Перемешиваем раствор стеклянной палочкой (нажатие ЛКМ на палочку);
23. Отмечаем изменение интенсивности окраски раствора в каждой из трех
пробирок относительно окраски эталона (цвет раствора в первой пробирке)
24. Результаты наблюдений заносим в таблицу.
25. Записываем выражение константы равновесия данного
процесса;
26. На основании принципа Ле-Шателье делаем вывод о влиянии концентрации
реагирующих веществ на смещение химического равновесия реакции;
27. Составляем отчет о проделанной работе по приведенной форме.
5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.
Что называется химическим равновесием, какие факторы влияют
на смещение химического равновесия?
2.
Какие реакции называются обратимыми? Какое состояние
обратимой системы называется химическим равновесием?
3.
Сформулируйте принцип Ле Шателье.
4.
Как читается закон действия масс для обратимых реакций?
Напишите математическое выражение закона для реакции, записанной в
общем виде.
5.
Напишите выражение константы химического равновесия
обратимых реакций:
а) C(тв) + СO2(г) ↔ 2СO(г)
б) 2CrO42-(р-р) + 2H+(р-р) ↔ Cr2O72-(р-р) + H2O(р-р)
в) 3Н2(г) + С2Н2(г) ↔ 2СН4(г)
6.
Объясните, почему в системе H2(г) + I2(г) ↔ 2HI(г) изменение
давления не смещает равновесия.
7.
Как повлияет на смещение равновесия следующих реакций:
а) 2SO2(г) + O2(г) ↔ 2SO3(г)
H0 = –196,5 кДж/моль
б) N2(г) + O2(г) ↔ 2NO(г)
Н0 = 180,8 кДж/моль
в) FeO(тв) + CO(г) ↔ Fe(тв) + CO2(г)
Н0 = –18,2 кДж/моль
повышение температуры, уменьшение давления, уменьшение концентрации
исходных веществ. Напишите выражение константы равновесия реакции.
8.
Для реакции синтеза аммиака N2(г) + 3H2(г) ↔ 2NH3(г) (H0 = –46,2
кДж/моль) на основании принципа Ле-Шателье дайте мотивированный ответ,
каким образом, меняя температуру, давление, концентрацию, можно
увеличить выход продукта реакции.
9.
В каком направлении сместится равновесие реакции при
уменьшении
концентрации
второго
из
продуктов
реакции:
2F2(г) + O2(г) ↔ 2OF2(г). Напишите выражение константы равновесия реакции.
10. В каком направлении сместится равновесие реакции при
уменьшении давления: 2O2(г) + N2(г) ↔ 2NO2(г). Напишите выражение
константы равновесия реакции.
11. В каком направлении сместится равновесие реакции при
повышении температуры: H2(г) + J2(г) ↔ 2HJ(г)
H0 = 53,2 кДж/моль.
Напишите выражение константы равновесия реакции.
12. Напишите выражение константы равновесия обратимых реакций:
а) Fe2O3(тв) + CO(г) ↔ 2FeO(тв) + CO2(г)
Н0 = 172,5 кДж/моль
а) 2Н2(г) + О2(г) ↔ 2Н2О(г)
Н0 = –483,6 кДж/моль
в) 4НСl(г) + О2(г) ↔ 2Н2О(г) + 2Сl2(г)
Н0 = –144,4 кДж/моль
Как изменится константа равновесия (увеличится или уменьшится) при
повышении температуры?
6. ОТЧЕТ
Форма отчета
Цель работы___________________________________________________
_______________________________________________________________
Название опыта_________________________________________________
Ход работы: (краткий конспект)___________________________________
1._____________________________________________________________
2._____________________________________________________________
3._____________________________________________________________
4._____________________________________________________________
и т.д.__________________________________________________________
Используемая реактивы: (перечислить реактивы, которые используете в
опыте_________________________________________________________
________________________________________________________________
Наблюдения:__________________________________________________
1.______________________________________________________________
2.______________________________________________________________
3.______________________________________________________________
Химические
уравнения:______________________________________________________
1.______________________________________________________________
2.______________________________________________________________
3.______________________________________________________________
Выводы по работе________________________________________________
1.______________________________________________________________
2.______________________________________________________________
Работу выполнил__________________________________________
Отчет принял_____________________________________________
«____»______________20___г.
7. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Коровин Н.В. Общая химия. – М.: ВШ, 2004. – 558с.
2. Глинка Н.Л. Общая химия. – Л.: Химия, 2003. – 704с.
3. Севастьянова, Г.К., Карнаухова. Т.М. Общая химия: Курс лекций. – Тюмень:
ТюмГНГУ, 2009. – 212 с.