Цели. Повторить понятия о скорости химических реакций и влияющих на нее факторах.
Оборудование и реактивы. Держатель для пробирок, спиртовка, спички, водяная баня, штатив с химическими пробирками, санитарная склянка; цинк (гранулы), железо (пористое восстановленное), HCl (разб., 1:2), железо (стружки), СН3СООН (разб., 1:2), H2SO4 (разб., 1:5), H2SO4 (разб., 1:10) [5].
Факторы, влияющие на скорость химических реакций
Особенности реакций
Примеры
Теоретическое обоснование
Природа реагирующих веществ
Металлы (K, Na) с водой реагируют с различной скоростью
Атомы металлов K и Na отдают электроны (окисляются) с разной скоростью, т. к. RK > RNa (R - радиус атома)
Для гомогенных процессов скорость химической реакции зависит от концентрации реагирующих веществ
Горение вещества в чистом кислороде активнее, чем в воздухе
Частота столкновений молекул реагирующих веществ зависит от их числа в единице объема, т. е. от концентрации
Для веществ в твердом состоянии скорость реакции прямо пропорциональна поверхности соприкосновения реагентов
Вещества железо и сера в твердом состоянии реагируют достаточно быстро лишь в измельченном виде и при перемешивании
При измельчении
и перемешивании
увеличивается поверхность
соприкосновения реагирующих веществ
При повышении температуры на каждые 10° скорость реакций увеличивается в 2-4 раза (правило Вант-Гоффа):
Со многими веществами кислород начинает реагировать с заметной скоростью уже при обычной температуре (медленное окисление), а при ее повышении скорость увеличивается
Для химической реакции взаимодействующие молекулы должны быть активны (обладать достаточно энергией). При повышении температуры доля активных молекул возрастает
Скорость химической реакции зависит от присутствия катализатора (или ингибитора):
A + K АK,
AK + В АВ + K,
Разложение бертолетовой соли (KClO3) и пероксида водорода (H2O2) ускоряется в присутствии МnО2. В присутствии ингибиторов соляная кислота становится инертной к металлам
В присутствии катализаторов молекулы становятся реакционноспособными при более низкой температуре. Реакционная способность KClО3 проявляется при 400 °С, а в присутствии МnO2 - при 200 °C
В две пробирки положить по грануле цинка и прилить: в первую - 2 мл разбавленной соляной кислоты (1:2), а во вторую - 2 мл разбавленной уксусной кислоты (1:2)
Учитывая силу кислот и, следовательно, разную концентрацию ионов гидроксония (Н3О+) в их растворах, объяснить различную скорость выделения свободного водорода (Н2). Kак можно изменить условия обеих реакций, чтобы их скорости увеличились?
…..
В одну пробирку насыпать немного порошка железа, в другую - столько же железных стружек и в обе пробирки прилить по 2 мл разбавленной соляной кислоты (1:2)
Объяснить причину большей скорости выделения пузырьков газа при взаимодействии кислоты с восстановленным железом (порошком)
.....
В две пробирки положить по 2 гранулы цинка: в первую - прилить 2 мл разбавленной серной кислоты (1:5), а во вторую - раствор H2SO4 (l:10)
Что наблюдается?
Объяснить большую скорость взаимодействия в одном
из опытов
В две пробирки положить по 2 гранулы цинка и в обе прилить по 2 мл разбавленной серной кислоты (1:10).
Одну из пробирок слегка подогреть
Сравнить результаты наблюдений, объяснить причину
различной скорости химической реакции. Каким образом можно увеличить скорость реакции без нагревания?
1.4 Практическая работа «Химическое равновесие и условия его смещения»
Цель. Закрепить понятия о химическом равновесии и условиях его смещения.
Оборудование и реактивы. Спиртовка, спички, водяная баня, газоотводная трубка-капилляр, штатив с пробирками, держатель для пробирок, санитарная склянка; хлорид натрия (р-р) и хлорид натрия (крист.), карбонат натрия (р-р) и карбонат натрия (крист.), известковая вода (Са(ОН)2), лакмус (p-p), метилоранж (р-р), едкий натр (р-р), H2SO4 (разб.), H2SO4 (конц.).
Порядок работы
Задания
Наблюдения и выводы
Испытать растворы щелочи и кислоты раствором метилового оранжевого
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)
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, подкрашенной лакмусом. Обе смеси подогреть
Объяснить, почему в первом реакторе нет изменений, характеризующих ход химической реакции, а во втором таковые есть. Какие они? Указать причины сдвига равновесия, записать уравнения реакций происходящих процессов
Используя 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
Составить уравнения реакций происходящих процессов и объяснить разницу в наблюдаемых признаках, причины сдвига равновесия и увеличения скорости прямой реакции
Использовать схему ответа, аналогичную рассмотренной в предыдущих примерах
Вывести математическое выражение Kp для реакции:
2H2S + 3О2 = 2Н2О + 2SО2 + Q.
Объяснить на основании Kp и принципа Ле Шателье условия сдвига равновесия вправо
....
Глава 2. Прикладные аспекты преподавания темы «Закономерности течения химических реакций»
Прикладные аспекты преподавания темы «Закономерности течения химических реакций» на мой взгляд удобнее всего рассматривать на уроках, которые следуют сразу за рассмотрением скорости реакции и химического равновесия, - это производство серной кислоты.
2.1 Вводная часть (применение и основные сведения)
Серная кислота - наиболее сильная и самая дешевая кислота. Среди минеральных кислот, производимых химической промышленностью, серная кислота по объему производства и потребления занимает первое место. Серная кислота не дымит, в концентрированном виде не разрушает черные металлы, в то же время является одной из самых сильных кислот, в широком диапазоне температур (от -40…-20 до 260 - 336,5С) находится в жидком состоянии. Она широко используется в производстве минеральных удобрений, различных солей и кислот, всевозможных органических продуктов, красителей, дымообразующих и взрывчатых веществ и т.д. Серная кислота находит разнообразное применение в нефтяной, металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и других отраслях промышленности, используется в качестве водоотталкивающего и осушающего средства, применяется в процессах нейтрализации, травления и т.д. Наиболее важные области применения серной кислоты отражены на схеме 1. [6]
В настоящее время серная кислота производится двумя способами: нитрозным, существующим более 200 лет, и контактным, освоенным в промышленности в конце ХIХ и начале ХХ века. Первой стадией сернокислотного производства является получение диоксида серы при сжигании сернистого сырья. После очистки SO2 (особенно в контактном методе) ее окисляют до SO3, который соединяют с водой с получением серной кислоты. Окисление SO2 в SO3 в обычных условиях протекает крайне медленно. Для ускорения процесса применяют катализаторы. В настоящее время контактным методом получают концентрированную серную кислоту, олеум и 100% серный ангидрид.
Одновременно с увеличением объема производства серной кислоты расширяется ассортимент продукции сернокислотных заводов, организуется выпуск особо чистой кислоты, 100% SO2, высококачественного олеума и кислоты, а также увеличивается производство новых продуктов на основе SO2. Кроме того, выпускают также более чистую контактную кислоту, чистый олеум, химически чистую и реактивную серную кислоту.
Широко применяется обжиг колчедана в кипящем слое и сжигание серы в циклонной печи, увеличивается использование тепла, выделяющегося на различных стадиях производства серной кислоты. Повышается производительность башенных сернокислотных систем в результате поддержания оптимального технологического режима; интенсивность башенных систем достигает 250 кг/м3 в сутки. Освоен контактно-башенный процесс производства, при котором расход HNO3 составляет 6-7 кг на 1 тонну H2SO4.
В контактном методе производства серной кислоты окисление диоксида серы в триоксид осуществляется на твердых контактных массах. Благодаря усовершенствованию контактного способа производства, себестоимость более чистой и высококонцентрированной контактной серной кислоты лишь незначительно выше, чем башенной. В настоящее время свыше 90% всей кислоты производится контактным способом.
В качестве катализаторов контактного процесса применяется термически стойкая ванадиевая контактная масса (в виде гранул и колец) с пониженной температурой зажигания. Проведены работы по освоению процесса окисления SO2 в кипящем слое катализатора. Важным усовершенствованием является двойное контактирование, при котором обеспечивается высокая степень окисления SO2 на катализаторе (до 99,8%) и потому исключается необходимость в дополнительной санитарной очистке отходящих газов.
Схема 1. Применение серной кислоты
Внедряется процесс конденсации H2SO4, заменяющий абсорбцию серного ангидрида. Также для производства серной кислоты используют ангидрид или безводный сульфат кальция CaSO4, гипс или двуводную соль CaSO4 2H2O и фосфогипс, представляющий собой отход производства концентрированных фосфорных удобрений (смесь гипса, соединений фтора, окислов фосфора, SO2 и других примесей).
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
