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无机化学
1.12.5 实训5 化学反应速率和化学平衡
实训5 化学反应速率和化学平衡

【实训目的】

研究浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响;浓度、温度对化学平衡的影响。

【实训指导】

1)外界条件对化学反应速率的影响

化学反应速率除与物质本性有关外,还受浓度、温度、催化剂等外界因素影响。例如,Na2S2O3 与H2SO4 混合会发生如下反应:

Na2S2O3+H2SO4(稀)══Na2SO4+H2O+SO2+S↓

由于反应析出淡黄色的硫使溶液呈现浑浊现象。将两种不同浓度的Na2S2O3 与H2SO4 溶液在不同温度下混合,观察溶液出现浑浊快慢,考察浓度和温度对反应速率的影响。

又如H2O2 水溶液在常温时较稳定,当加入少量K2Cr2O7 溶液或MnO2 固体作为催化剂后,H2O2 分解会很快。

2H2O2══O2↑+2H2O

通过观察气泡产生速率,可判断催化剂对反应速率的影响。

2)外界条件对化学平衡的影响

处于化学平衡的可逆反应,若改变浓度、温度等外界条件,原平衡将被破坏,平衡向减弱这个改变的方向移动,在新条件下重新建立平衡。

例如,CuSO4 和KBr 反应:

Cu2++4Br-[CuBr4]2-(黄色)ΔH>0

改变浓度、温度等条件,通过溶液颜色改变,判断化学平衡移动的方向。

【实训内容】

1)准备仪器和试剂

(1)仪器。试管(6 支)、量筒(10 mL,1 个)、秒表(1 个)、温度计(100 ℃,1 支)、水浴锅(可控温,1 台)等。

(2)药品。Na2S2O3(0.04 mol/L),H2SO4(0.04 mol/L、1.00 mol/L),H2O2(3%),K2Cr2O7(0.1 mol/L),MnO2(s),CuSO4(1 mol/L),KBr(2 mol/L),KBr(s),蒸馏水等。

2)操作步骤

(1)浓度对化学反应速率的影响。按表9.2,取3 支试管(试管A 组)并分别编号1、2、3,在1 号试管中加入2 mL 0.04 mol/L Na2S2O3 溶液和4 mL 蒸馏水,在2 号试管中加入4 mL 0.04 mol/L Na2S2O3 溶液和2 mL 蒸馏水,在3 号试管中加入6 mL 0.04 mol/L Na2S2O3溶液,不加蒸馏水。

再另取3 支试管(试管B 组),各加入2 mL 0.04 mol/L H2SO4 溶液,并将这3 支试管中的溶液同时迅速对应加入上述1、2、3 号试管中(试管A 组),立即看表,充分振荡,记下溶液出现浑浊的时间(t)。

将实训结果记录于表9.2中,分析比较得出浓度对反应速率影响的实验结论。

表9.2 浓度对化学反应速率的影响

(2)温度对化学反应速率的影响。取3 支试管(试管A),按表9.3各加入2 mL 0.04 mol/L Na2S2O3 溶液和4 mL 蒸馏水;再取3 支试管(试管B),各加入2 mL 0.04 mol/L H2SO4 溶液。将它们分成三组,每组包括盛有Na2S2O3 溶液(试管A)和H2SO4溶液(试管B)的试管各一支。

表9.3 温度对化学反应速率的影响

记下室温,将第1 组两支试管溶液迅速混合,充分振荡,记下开始混合到溶液出现浑浊所需时间t。

第2 组两支试管,先置于高于室温10 ℃的水浴中,稍等片刻,将两支试管溶液混合,充分振荡,记下开始混合到溶液出现浑浊所需时间t。

第3 组两支试管,先置于高于室温20 ℃的水浴中,稍等片刻,将两支试管溶液混合,充分振荡,记下开始混合到溶液出现浑浊所需时间t。

比较三组试管溶液混合后变浑浊的时间,分析比较得出温度对反应速率影响的实验结论。

(3)催化剂对化学反应速率的影响。

①均相催化。在盛有2 mL 3%H2O2 溶液的试管中,滴加1 mol/L H2SO4 溶液,再加入4 滴K2Cr2O7溶液,振荡试管,并与另一支仅盛有2 mL 3%H2O2 溶液对比,观察气泡产生的速率。

②多相催化。在盛有2 mL 3%H2O2 溶液的试管中,加入少量MnO2 粉末,同样与另一支仅盛有2 mL 3%H2O2 的溶液对比,观察气泡产生的速率。

分析比较上述实验现象,得出催化剂对化学反应速率影响的实验结论。

(4)浓度对化学平衡的影响。按表9.4,取3 支试管并分别编号1、2、3,依次加入1 mol/L CuSO4 溶液5 滴、5 滴和10 滴,分别向第1、2 支试管中加入2 mol/L KBr 溶液5 滴,再向第2 支试管加入少量KBr 固体。记录并比较3 支试管中溶液颜色,分析得出浓度对化学平衡影响的实验结论。

表9.4 浓度对化学平衡的影响

(5)温度对化学平衡的影响。按表9.5,在试管中加入1 mL 1 mol/L CuSO4 溶液和2 mL 2 mol/L KBr 溶液,混合均匀,将溶液平分于3 支试管中,将第1 支试管加热至近沸,第2 支试管放入冷水浴中,第3 支试管保持室温。记录并比较3 支试管中溶液的颜色,分析得出温度对化学平衡影响的实验结论。

表9.5 浓度对化学平衡的影响

【实训注意】

(1)在操作步骤(1)和(2)中,溶液混合要迅速,量筒不能混用,秒表计时要准确,记录要正确。

(2)使用温度计时要小心谨慎,以免打破。

(3)实验完毕,废液要倒入废液缸回收。

【实训思考】

(1)影响化学反应速率的因素有哪些? 如何影响?

(2)在什么条件下会发生化学平衡移动? 有什么规律?

(3)在操作步骤(4)和(5)中,各试管中溶液呈现出各种颜色,是否表示各反应已经终止?