Указания к выполнению лабораторной работы

Цель работы. Ознакомление с основными свойствами обратимых реакций и с одним из методов исследования химического равновесия на примере реакции

.

Реактивы и оборудование. Растворы FeCl₃ и KJ 0,03; 0,015; 0,01 моль/дм³; раствор Na₂S₂O₃ 0,015 моль/дм³; раствор крахмала; фотоэлектроколориметр КФК-2 с набором кювет; бюретки; пипетки; колбы с притертыми крышками.

Ход работы. Для работы берут две сухие колбы с притертыми крышками (пробками). Пронумеровав колбы, наливают в них исходные растворы, концентрация и количество которых указывается преподавателем. Задание вносится в таблицу 2.

Таблица 2. Концентрации и объемы реагентов.

Исходные вещества	Начальная концентрация С 0	Колба № 1	Колба № 2
FeCl3
KJ

Момент сливания растворов является началом реакции и отмечается по часам. Колбы плотно закрывают притертыми крышками (пробками) и выдерживают при заданной температуре опыта.

Из каждой колбы, не вынимая ее из термостата, отбирают пробы в кюветы через 20 мин. после сливания, затем еще через 20 мин. после отбора первой пробы, затем через каждые 15 – 20 мин. В конце опыта пробы отбирают чаще. Время отбора проб отмечают с точностью до 1 минуты. Охлажденные на льду пробы фотометрируют (измеряют оптическую плотность или коэффициент пропускания) на фотоэлектроколориметре с подобранным светофильтром.

Когда оптические плотности будут одинаковыми для двух проб, взятых из одной колбы, равновесие считают достигнутым. После этого колбы выдерживают при температуре опыта 30 минут. В это время готовят колбы для титрования (по три для каждого опыта): наливают в каждую по 40 мл охлажденной (»5°С) дистиллированной воды. В колбы для титрования добавляют пробу в количестве 10 мл (пипетку перед отбором пробы следует ополоснуть исследуемым раствором). Анализируемый раствор титруют раствором тиосульфата натрия до появления бледно-желтой окраски. Затем добавляют несколько капель раствора крахмала и продолжают титровать тиосульфатом натрия до исчезновения синего окрашивания раствора. Светло-синяя окраска раствора, появляющаяся через некоторое время после титрования, в расчет не принимается.

Тиосульфат натрия реагирует с иодом по уравнению:

2Na₂S₂O₃ + J₂ = Na₂S₄O₆ + 2NaJ.

Результаты измерений заносят в таблицу 3.

Таблица 3. Результаты измерения оптической плотности и титрования.

№	Время взятия пробы	Оптическая плотность (коэффициент пропускания)	Объем раствора Na2S2O3, пошедший на титрование, мл
Колба № 1	Колба № 2	Колба № 1	Колба № 2

Обработка полученных данных ведется следующим образом:

1.Концентрация йода [J₂] в состоянии равновесия равна:

,

где С ₀(Na₂S₂O₃) – концентрация раствора тиосульфата натрия, n ₁ – объем пробы, мл, n ₂ – объем раствора тиосульфата натрия, пошедшего на титрование иода в момент равновесия, мл.

2. Равновесная концентрация ионов Fe²⁺ будет равна удвоенной концентрации иода, т.к. по уравнению реакции одна молекула иода образуется одновременно с образованием двух ионов Fe²⁺. Следовательно,

[Fe²⁺] = 2[J₂].

3. Равновесная концентрация ионов Fe³⁺ равна разности начальной концентрации ионов Fe³⁺ и равновесной концентрации ионов Fe²⁺, т.к. из уравнения реакции следует, что прирост концентрации Fe²⁺ равен убыли концентрации Fe³⁺:

[Fe³⁺] = C (FeCl₃) – [Fe²⁺] = C (FeCl₃) – 2[J₂].

C (FeCl₃) вычисляется, исходя из концентрации исходного раствора и степени его разбавления при смешивании:

,

где а и b – объем (мл) растворов FeCl₃ и KJ, взятых для проведения реакции, соответственно.

4. Концентрация ионов J^– вычисляется аналогично расчету концентрации раствора FeCl₃:

,

[J^–] = C (KJ) – 2[J₂].

Расчет константы равновесия K _C производят отдельно для двух исследуемых растворов (продуктовых смесей).

.

Затем рассчитывают среднее значение K _C.

Если эксперимент проводится при разных температурах, то, рассчитав константу равновесия хотя бы при двух температурах (T ₁ и T ₂), можно определить тепловой эффект исследуемой реакции по уравнению:

,

где K _C,1 и K _C,2 – константы равновесия при температурах Т ₁ и Т ₂, соответственно.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что представляет собой состояние химического равновесия? Назовите признаки химического равновесия.

2. Что представляет собой константа химического равновесия? Покажите способы выражения константы равновесия через различные величины, характеризующие равновесный состав системы, и связь между этими константами равновесия.

3. Охарактеризуйте влияние на константу равновесия различных факторов (температура, давление, катализатор, концентрации веществ).

4. Сформулируйте принцип Ле-Шателье-Брауна (принцип смещения химического равновесия).

5. Каким образом, изучая состояние равновесия, можно экспериментально определить тепловой эффект химической реакции? Как называется уравнение, по которому в этом случае производится расчет теплового эффекта? Покажите связь этого уравнения с принципом Ле-Шателье.

6. Как используется на практике уравнение изотермы химической реакции?

7. Какая реакция лежит в основе использованного в данной работе метода определения концентрации иода в растворе?

8. Что называется оптической плотностью и коэффициентом пропускания? Какова связь между этими величинами?

9. Сформулируйте основной закон светопоглощения (закон Бугера-Ламберта-Бера). Какова, согласно ему, связь между оптической плотностью и составом системы?

10. Для чего в данной работе производится измерение оптической плотности (коэффициента пропускания)?

11. Обоснуйте выбор светофильтра, использованного Вами в данной работе при измерении оптической плотности.

ЛИТЕРАТУРА

1. Физическая химия / Под ред. К.С. Краснова. – М.: Высш. шк., 2001. – Кн.1. Глава 8.

2. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия. М.: Высш. шк., 2003. – Глава III.

3. Физическая химия. Теоретическое и практическое руководство / Под ред. Б.П. Никольского. – Л.: Химия, 1987. – Глава VI.

4. Дорохова Е.Н., Прохорова Г.В. Аналитическая химия. Физико-химические методы анализа. – М.: Высшая школа, 1991. – Глава 3.

_____________________________________________________________________

Типография ФГОУ ВПО «АГТУ»

Заказ № ____

Тираж ____ экз.

Дата добавления: 2015-08-10