Карточка – инструкция к практической работе: «Химическое равновесие и условия его смещения»

Зябкина О.А., учитель химии МБОУ Митрофановской СОШ Карточка – инструкция к практической работе: «Химическое равновесие и условия его смещения» Цель. Закрепить понятия о химическом равновесии и условиях его смещения. Оборудование и реактивы. Спиртовка, спички, водяная баня, газоотводная  трубка­капилляр, штатив с пробирками, держатель для пробирок, санитарная  склянка; хлорид натрия (р­р) и хлорид натрия (крист.), карбонат натрия (р­р)  и карбонат натрия (крист.), известковая вода (Са(ОН)2), лакмус (p­p),  метилоранж (р­р), едкий натр (р­р), H2SO4 (разб.), H2SO4 (конц.). Необратимых реакций нет, любой процесс, рассматриваемый как  необратимый, может быть превращен в обратимый (и наоборот). Разложение  карбоната кальция: Реакция необратима, если она осуществляется в открытой системе (т. е. где из сферы реакции возможно улетучивание оксида углерода(IV)). Однако в  замкнутой системе процесс идет не полностью. Когда в системе  устанавливается определенное давление газа, препятствующее разложению,  процесс становится обратимым. Для обратимой реакции, записываемой в  общем виде: aA + bB = cC + dD, скорость прямой реакции  пр определяется из соотношения: где k1 – константа скорости прямой реакции, cA и cB – молярные  концентрации веществ А и В. Концентрации веществ А и В уменьшаются, и, следовательно, скорость  прямой реакции понижается. Появление в системе продуктов С и D означает  возможность протекания обратного процесса, скорость которого  обр математически выражается следующим образом:По мере накопления в системе веществ С и D скорость обратного процесса  непрерывно возрастает до выравнивания скоростей прямой и обратной  реакций:  пр =  обр. Подобное состояние системы называется химическим  равновесием. Соотношение между концентрациями при равновесии выражается формулой: где Kp – константа равновесия, [A], [B], [C], [D] – равновесные концентрации  веществ. Величина константы химического равновесия зависит от природы  реагирующих веществ и от температуры. Если Kp > 1, то  пр >  обр, если Kp < 1,  то  пр <  обр. Смещение равновесия в зависимости от изменения условий определяется  универсальным принципом Ле Шателье: если на систему, находящуюся в состоянии химического равновесия,  оказывать воздействие, выражающееся в изменении концентрации,  температуры или давления, то равновесие смещается в направлении,  способствующем ослаблению этого воздействия. Пример 1. Почему лакмус (HInd) в кислой среде (избыток H3О+) – красный, а в щелочной (избыток гидратированного ОН–, рН > 7) – cиний? Решение Уравнение диссоциации индикатора можно представить в виде: HInd   Н+ + Ind–. В состоянии химического равновесия: 1) При избытке в растворе гидратированного Н+ (кислая среда, рН < 7) Кр < 1. Химическое равновесие сдвигается в сторону обратной реакции, т. е. в  растворе накапливаются недиссоциированные молекулы индикатора красного  цвета. 2) Избыток ОН– (щелочная среда, рН > 7) нейтрализует ионы гидроксония, т.  е. уменьшает их концентрацию, что сдвигает равновесие вправо (Кр > 1), в  сторону накапливания гидратированных анионов индикатора синего цвета  Ind–.Пример 2. Вывести математическое выражение Кр для реакции: 2SO2 + O2 = 2SO3 + Q. Используя численное значение Кр и принцип Ле Шателье, объяснить, как  можно предсказать сдвиг равновесия вправо. Решение Сместить равновесие вправо можно с помощью следующих воздействий. 1) Увеличить концентрацию реагирующих веществ. Такое воздействие можно  описать неравенством: Число молекул SO2 и O2 в единице объема увеличивается, столкновения  между ними становятся чаще, как следствие, концентрация SO3 тоже  возрастает. 2) Уменьшить концентрацию продукта реакции. При уменьшении  концентрации (отводе) SO3 результат подобен предыдущему. Новые порции  исходных веществ будут реагировать для компенсации удаляемого продукта. 3) Понизить температуру. Прямая реакция – экзотермическая, поэтому для  сдвига равновесия вправо систему следует охлаждать. Потерянное тепло  будет восполняться вследствие усиления прямой реакции. (Наоборот,  повышение температуры вызовет сдвиг равновесия влево.) 4) Повысить давление. Исходные вещества – газообразные, продукт – жидкое  вещество (в виде пара). Прямая реакция идет с уменьшением объема,  следовательно, увеличивая давление, мы смещаем равновесие вправо, а  уменьшая – влево. Если бы реакция шла без изменения объема, то изменение  давления не влияло бы на равновесие. 5) Использование катализатора не вызывает смещения равновесия.  Катализатор, заметно влияющий на скорость химической реакции, равно  ускоряет обе реакции – прямую и обратную. Применение обратимых процессов в промышленности невыгодно, т. к.  слишком мал практический выход продукта реакции. На практике стараются  подобрать оптимальные условия для этих реакций, чтобы как можно больше  сместить равновесие в нужную сторону.Порядок работы Задания Наблюдения и выводы Объяснить с точки зрения принципа Ле Шателье  изменение окраски индикатора (HInd) в нейтральной, кислой и щелочной средах. Kакие  факторы и как влияют на сдвиг  равновесия? Показать на схеме и в расчете согласно основному закону химической кинетики (закон действующих масс) Объяснить, почему в первом  реакторе нет изменений,  характеризующих ход  химической реакции, а во  втором таковые есть. Kакие  они? Указать причины сдвига равновесия, записать  уравнения реакций  происходящих процессов ..... ….. Испытать растворы щелочи и  кислоты раствором метилового оранжевого Собрать два одинаковых  прибора согласно схеме. В  реакторе первого смешать разбавленные водные растворы хлорида натрия и серной  кислоты, в реакторе второго – кристаллический хлорид  натрия и концентрированную серную  кислоту H2SО4. Газоотводную  трубку в приемниках (сборниках) поместить над водой, одкрашенной лакмусом. Обе смеси подогретьИспользуя два прибора, как и в  предыдущем опыте, проверить  взаимодействие сильно  разбавленного раствора  карбоната натрия с серной  кислотой и кристаллической  соли с концентрированной  H2SO4. B сборник под газоотводную  трубку поместить известковую  воду. Смеси нагреть Использовать схему ответа,  аналогичную рассмотренной в  предыдущих примерах Составить уравнения реакций происходящих процессов и объяснить разницу в наблюдаемых признаках, причины сдвига равновесия и увеличения скорости прямой реакции Вывести математическое  выражение Kp для реакции: 2H2S + 3О2 = 2Н2О +  2SО2 + Q. Объяснить на основании Kp и принципа Ле Шателье  условия сдвига равновесия вправо ….. ....