Общая и неорганическая химия (стр. 7 )

В случае гетерогенных реакции в выражение для константы равновесия входят концентрации веществ, находящихся только в газообразной или жидкой фазах. Например:

С(к) + СО2 (г) Û 2СО(г) К = С2со/ Ссо

3Н2(г) + N2(г) Û 2NH3(г) К =

Условием химического равновесия является равенство скоростей прямой и обратной реакции. Это условие сохраняется при постоянстве внешних условий, а при нарушении его равновесие сдвигается в сторону преимущественного протекания прямой или обратной реакции, и устанавливается новое равновесие при новых концентрациях участников реакции. Направление, в котором происходит смещение химического равновесия, определяется принципом Ле-Шателье:

изменение внешних условий (температура, давление, концентрация) вызывает смещение равновесия в направлении реакции, противодействующей оказанному изменению.

Следовательно:

А) Повышение температуры способствует протеканию реакции, идущей с поглащением тепла, и сдвигает равновесие в сторону эндотермической реакции, понижение температуры – в сторону экзотермической реакции.

В) Изменение давления имеет значение лишь для реакции с участием газообразных веществ. Повышение давления всегда сдвигает равновесие в сторону образования меньшего числа молей газообразных веществ, что в свою очередь приведет к снижению давления.

С) Увеличение концентрации одного из участников реакции сдвигает равновесие в сторону процесса, приводящего к его расходованию.

10.3 Экспериментальная часть.

10.3.1 Опыт1. Смещение химического равновесия при изменении концентрации реагирующих веществ.

Для изучения смещения химического равновесия предлагается реакция:

FeCl3 + 3 NH4NCS Û Fe(NCS)3 + 3 NH4Cl (10.7)

Роданид железа Fe(NCS)3 окрашен в ярко красный цвет. Изменение концентрации Fe(NCS)3 влияет на интенсивность окраски раствора. Это позволяет наблюдать, в каком направлении сдвигается равновесие при изменении концентрации реагирующих веществ.

Выполнение опыта:

В пробирку налейте 1 мл разбавленного раствора хлорида железа FeCl3 и добавьте 4-5 капли разбавленного раствора роданида (тиоцианата) аммония (натрия, калия), полученный раствор разбавьте водой до слабокрасного окрашивания и разделите на 4 пробирки. Одну пробирку оставьте для сравнения, а в три другие добавите: в первую – 1 каплю концентрированного раствора FeCl3 ; во вторую 1 каплю концентрированного раствора NH4NCS ; в третью – несколько кристалликов хлорида аммония (NH4Cl).Полученные результаты занесите в таблицу

Таблица 1.

№ пробирки	Что добавлено	Изменение интенсивности окраски	Направление смещения равновесия
1.
2.
3.

Напишите выражение для константы равновесия изучаемой реакции.

10.3.2 Опыт 2. Влияние температуры на состояние химического равновесия (опыт проводить в вытяжном шкафу).

В данном опыте изучают реакцию димеризации диоксида азота.

2NO2 Û N2O4

темно-бурый бледно-желтый

По изменению окраски газовой смеси можно судить о смещении равновесия в сторону прямой или обратной реакции.

Прибор, состоящий из двух колбочек, соединенных трубкой с хорошо подобранными пробками, наполните диоксидом азота, который получите разложением нитрата свинца:

2Pb(NO3)2 = 2PbO + 4NO2 ­ + O2

Одну колбу поместите в стакан с горячей водой, другую в стакан с ледяной водой (смесь воды со снегом или льдом). На основе принципа Ле Шателье объясните изменения, происходящее в колбах.

10.4 Контрольные вопросы и задачи

1 Какие реакции называются необратимыми? Обратимыми?

2 Что называется химическим равновесием?

3 Что называется сдвигом (смещением) химического равновесия?

4 Факторы, влияющие на смещение равновесия.

5 Напишите уравнение константы равновесия для следующих обратимых процессов:

а) 2NO2(г) Û 2 NO(г) + O2(г);

б) N2(г) + 3H2(г) Û 2NH3(г);

в) CuO(г) + H2 Û Cu(г) + H2O(г).

Как сместится равновесие в каждом из указанных случаев при повышении давления?

6 Напишите выражения для константы равновесия следующих процессов:

2SO2(г) + O2(г) Û 2SO3(г)

Fe2O3(к) + 3 H2(г) Û 2Fe (к) + 3 H2O(г)

7 Реакция идет по уравнению

H2 + Cl2 Û 2 HCl

Равновесие устанавливается при следующих концентрациях участников реакции: СН2 = СCl2 = 0,2 моль/л, НCl = 0,4 моль/л. Вычислите исходную концентрацию хлора и значение константы равновесия.

8 В какую сторону сместится равновесие реакции горения эцетилена:

2С2Н2(г) + 5 О2(г) Û 4 СО2(г) + 2Н2О(г)

а) при повышении давления?

б) при повышении температуры, если прямая реакция экзотермическая?

11 ПРИГОТОВЛЕНИЕ РАСТВОРОВ ЗАДАННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ

Лабораторная работа № 8

11.1 Цель лабораторной работы

Приобретение навыков приготовления растворов различной концентрации.

11.2 Теоретическая часть

Содержание растворенного вещества в растворе может быть выражено либо безразмерными единицами - долями или процентами, либо величинами размерными – концентрациями.

Концентрацией называется отношение количества или массы вещества, содержащегося в растворе, к объему или массе раствора или растворителя.

Известно несколько способов выражения концентрации.

11.2.1 Молярная концентрация См - отношение количества растворенного вещества (в молях) к объему раствора. Единица измерения молярной концентрации моль/л (моль/м3). Например, См(H2SO4) = 1 моль/л. Раствор, имеющий концентрацию 1 моль/л, называют молярным раствором и обозначают 1М раствор. Концентрации, соответствующие десятым, сотым и тысячным долям моля, имеют соответственно приставки «деци», «санти» и милли».

Например, 2М – двумолярный раствор

0,1М – децимолярный раствор

0,01М – сантимолярный раствор

11.2.2 Молярная концентрация эквивалентов Сэк – это отношение количества вещества эквивалентов (моль эквивалентов) к объему раствора. Единица измерения моль/л. Раствор, в одном литре которого содержится 1 моль вещества эквивалентов, называют нормальным и обозначают 1н раствор.

Соответственно могут быть: 0,2 н – двудецинормальный раствор

0,01 н – сантинормальный раствор и т. п. растворы.

11.2.3 Моляльность Смл – отношение количества растворенного вещества (в молях) к массе «m» растворителя. Единица измерения моляльности моль/кг.

11.2.4 Массовая доля W – отношение массы растворенного вещества к общей массе раствора. Она может быть выражена в долях единицы, процентах, промилле и миллионных долях. Массовая доля, выраженная в процентах, показывает, сколько граммов данного вещества содержится в 100 г раствора.

11.2.5 Молярная доля N – отношение количества растворенного вещества (или растворителя) к сумме количеств всех веществ, находящихся в растворе.

11.2.6 Титр раствора Т – масса вещества, содержащего в одном см3 или одном мл раствора. Единица измерения титра – кг/мл, г/мл, г/см3.

Для расчетов при приготовлении растворов заданных концентраций можно использовать следующие формулы.

Молярная концентрация См.

См = , (11.1)

где m1 – масса растворенного вещества, г;

M – молярная масса растворенного вещества, г/моль;

V – объем раствора, л.

Молярная концентрация эквивалентов Сэк.

Сэк = , (11.2)

где Мэ – молярная масса эквивалентов растворенного вещества.

Моляльность Смл.

Смл = , (11.3)

где mз – масса растворителя, кг.

Массовая доля W.

W =*100 (4) или W = , (11.5)

где m1 – масса растворенного вещества, г;

m2 - масса раствора, г;

V – объем раствора, мл (см3);

- плотность раствора, г/мл (г/см3).

Молярная доля N.

N = , (11.6)

где n1 и n2 – число молей растворенного вещества и растворителя.

Титр раствора Т.

Т = , (11.7)

где m1 – масса растворенного вещества, г;

V - объем раствора, мл.

11.3 Экспериментальная часть

11.3.1 Опыт 1. Приготовление раствора с заданной массовой долей соли W (%).

Получите у преподавателя задание и рассчитайте, сколько потребуется соли и воды для приготовления раствора заданной концентрации. Взвесьте на технохимических весах навеску соли и высыпьте ее в коническую колбу (250 мл). Отмерьте цилиндром необходимый объем воды (для воды можно принять плотность равную 1г/мл) и вылейте ее в колбу с солью, все время перемешивая раствор. Приготовленный раствор перелейте в цилиндр и измерьте ареометром его плотность. Рассчитайте молярную концентрацию, молярную концентрацию эквивалентов, моляльность и титр приготовленного раствора.

Результаты опыта поместить в таблицу:

Масса	Плотность раствора г/см3 (г/мл)	Концентрация приготовленного раствора	Титр
соли, г	воды, г	Молярная, моль/л	Молярная концентрация эквивалентов, моль/л	Моляльность, моль/кг

11.3.2 Опыт 2. Приготовление раствора соли с заданной массовой долей W (%) из более концентрированного раствора.