Скорость химических реакций. Лабораторная работа

 Опыт № 1. Зависимость скорости реакции от природы реагирующих веществ

Изу­че­ние вли­я­ния при­ро­ды кис­ло­ты

В одну про­бир­ку на­ли­ва­ем рас­твор со­ля­ной кис­ло­ты, а в дру­гую – столь­ко же ук­сус­ной (при­мер­но оди­на­ко­вой кон­цен­тра­ции). Од­но­вре­мен­но по­ме­ща­ем в них по гра­ну­ле цинка. В обеих про­бир­ках про­те­ка­ет ре­ак­ция за­ме­ще­ния с вы­де­ле­ни­ем во­до­ро­да:

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑

Zn + 2CH₃COOH = Zn(CH₃CОО)₂ + H₂↑

В про­бир­ке с ук­сус­ной кис­ло­той во­до­род вы­де­ля­ет­ся с мень­шей ско­ро­стью. Это можно объ­яс­нить тем, что ук­сус­ная кис­ло­та об­ла­да­ет мень­ши­ми кис­лот­ны­ми свой­ства­ми по срав­не­нию с со­ля­ной кис­ло­той.

Изу­че­ние вли­я­ния при­ро­ды ме­тал­ла

В две про­бир­ки на­льем оди­на­ко­вое ко­ли­че­ство со­ля­ной кис­ло­ты и од­но­вре­мен­но по­ме­стим в них по ку­соч­ку ме­тал­лов раз­ной при­ро­ды: цинка и маг­ния. Урав­не­ния дан­ных ре­ак­ций:

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑

Mg + 2HCl = MgCl₂ + H₂↑

Ре­ак­ция со­ля­ной кис­ло­ты с маг­ни­ем про­те­ка­ет с боль­шей ско­ро­стью, так как ин­тен­сив­нее вы­де­ля­ет­ся во­до­род. Маг­ний – более ак­тив­ный ме­талл, чем цинк (маг­ний стоит в ряду на­пря­же­ний левее цинка). Рис. 1.

Рис. 1. Ре­зуль­та­ты опыта по вза­и­мо­дей­ствия цинка (слева) и маг­ния (спра­ва) с со­ля­ной кис­ло­той

 Опыт № 2. Зависимость скорости реакции от площади поверхности соприкосновения реагирующих веществ

Изу­че­ние вли­я­ния сте­пе­ни из­мель­че­ния ве­ще­ства (по­верх­но­сти со­при­кос­но­ве­ния ре­а­ги­ру­ю­щих ве­ществ).

В две про­бир­ки на­льем при­мер­но по 2 мл рас­тво­ра мед­но­го ку­по­ро­са. Од­но­вре­мен­но по­ме­стим в одну про­бир­ку кусок же­лез­ной про­во­ло­ки, а в дру­гую – же­лез­ный по­ро­шок. В обеих про­бир­ках про­те­ка­ет ре­ак­ция за­ме­ще­ния в со­от­вет­ствии с урав­не­ни­ем:

Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu↓

О про­те­ка­нии ре­ак­ции за­ме­ще­ния между суль­фа­том меди (II) и же­ле­зом можно су­дить по вы­де­ле­нию из рас­тво­ра ве­ще­ства крас­но-бу­ро­го цвета – меди. При­зна­ки ре­ак­ции быст­рее по­яви­лись в про­бир­ке с по­рош­ком же­ле­за, т. к. по­ро­шок же­ле­за имеет боль­шую пло­щадь по­верх­но­сти со­при­кос­но­ве­ния с рас­тво­ром мед­но­го ку­по­ро­са. Мы видим, что из­мель­че­ние ве­ще­ства при­во­дит к по­вы­ше­нию ско­ро­сти ре­ак­ции.

Рис. 2. Ре­зуль­та­ты опыта по вза­и­мо­дей­ствия же­лез­но­го гвоз­дя и же­лез­но­го по­рош­ка с рас­тво­ром CuSO₄

 Опыт № 3. Зависимость скорости реакции от концентрации исходных веществ

В две про­бир­ки по­ме­стим по 2 гра­ну­лы цинка и осто­рож­но при­льем рас­тво­ры ук­сус­ной кис­ло­ты: в первую про­бир­ку – 9%-ный уксус, а во вто­рую – 70%-ную кис­ло­ту. Ре­ак­ция про­те­ка­ет быст­рее в той про­бир­ке, в ко­то­рой боль­ше кон­цен­тра­ция ук­сус­ной кис­ло­ты.

 Опыт № 4. Зависимость скорости реакции от температуры

В две про­бир­ки с со­ля­ной кис­ло­той оди­на­ко­вой кон­цен­тра­ции до­ба­вим по 1 гра­ну­ле цинка. Одну из про­би­рок по­ме­стим в ста­кан с го­ря­чей водой. На­блю­да­ем, что при на­гре­ва­нии ско­рость вы­де­ле­ния во­до­ро­да уве­ли­чи­ва­ет­ся. Ско­рость ре­ак­ции за­ви­сит от тем­пе­ра­ту­ры, при ко­то­рой она про­во­дит­ся.

 Опыт № 5. Зависимость скорости реакции от участия катализатора

На дно ста­ка­на на­льем 3%-ный рас­твор пе­ре­ки­си во­до­ро­да. Пе­рок­сид во­до­ро­да – очень непроч­ное ве­ще­ство и легко раз­ла­га­ет­ся на воду и кис­ло­род:

2H₂O₂ = 2H₂O + O₂↑.

При обыч­ных усло­ви­ях ре­ак­ция раз­ло­же­ния пе­рок­си­да во­до­ро­да про­те­ка­ет мед­лен­но, при­зна­ков ре­ак­ции (т. е. вы­де­ле­ния пу­зырь­ков газа) мы не на­блю­да­ем. До­ба­вим в ста­кан с пе­ре­ки­сью во­до­ро­да немно­го чер­но­го по­рош­ка ок­си­да мар­ган­ца (IV). На­блю­да­ем ин­тен­сив­ное вы­де­ле­ние пу­зырь­ков газа. Вне­сем в ста­кан тле­ю­щую лу­чин­ку – она раз­го­ра­ет­ся, сле­до­ва­тель­но, вы­де­ля­ю­щий­ся газ – кис­ло­род. По­че­му при вне­се­нии в ста­кан ок­си­да мар­ган­ца ско­рость ре­ак­ции уве­ли­чи­лась? Дело в том, что оксид мар­ган­ца яв­ля­ет­ся ка­та­ли­за­то­ром ре­ак­ции раз­ло­же­ния пе­рок­си­да во­до­ро­да. Ка­та­ли­за­тор, участ­вуя в ре­ак­ции, уско­ря­ет ее, но сам в ней не рас­хо­ду­ет­ся.

Рис. 3. Раз­ло­же­ние пе­рок­си­да во­до­ро­да под дей­стви­ем ка­та­ли­за­то­ра MnO₂