Химическое и адсорбционное равновесие. Цель работы - изучение влияния различных факторов на химическое равновесие, изучение зависимости величины адсорбции от равновесной концентрации адсорбата.
Понятие химическое равновесие применимо, только к обратимым реакциям.
Химическим равновесием называют такое состояние реагирующей системы, при котором скорость прямой реакции V равна скорости обратной реакции V. Равенство является кинетическим условием химического равновесия. Химическое равновесие характеризуется постоянством для данных условий величины энергии Гиббса системы.
Равенство является термодинамическим условием химического равновесия. Химическое равновесие характеризуется постоянным для данных условий соотношением равновесных концентраций всех веществ, участвующих во взаимодействии. Величина, равная отношению произведения равновесных концентраций продуктов реакции к произведению равновесных концентраций исходных веществ степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам, называется константой равновесия. Для обратимой реакции. константа равновесия имеет вид Константа равновесия зависит от природы реагентов, температуры, и не зависит от исходной концентрации веществ в системе.
Константа равновесия связана со стандартной энергией Гиббса данной реакции следующим соотношением где - универсальная газовая постоянная 8,31 Дж моль К Т - абсолютная температура, К Kc - константа равновесия. Химическое равновесие остается неизменным до тех пор, пока остаются постоянными параметры, при которых оно установилось. При изменении условий равновесие нарушается.
Через некоторое время в системе вновь наступает равновесие, характеризующееся новым равенством скоростей и новыми равновесными концентрациями всех веществ. В общем случае направление смещения равновесия определяется принципом Ле Шателье если на систему, находящуюся в равновесии, оказывают внешнее воздействие, то равновесие смещается в том направлении, которое ослабляет эффект внешнего воздействия. Процесс поглощения одного вещества поверхностью другого называли адсорбцией.
Вещество, частицы которого поглощаются газ, жидкость, растворенный компонент, называют адсорбатом, а поглотитель адсорбентом. Взаимодействие между частицами адсорбата и адсорбента могут иметь различный характер. В зависимости от природы этого взаимодействия различают адсорбцию физическую и химическую хемосорбцию. Процесс отрыва частиц адсорбата от поверхности адсорбента, т. е. явление обратное адсорбции, называют десорбцией. Если в системе адсорбат - адсорбент при заданных условиях скорость, адсорбции равна скорости десорбции, состояние системы называют адсорбционным равновесием.
Количественно адсорбцию выражают в молях адсорбата на единицу площади поверхности адсорбента моль м или в молях адсорбата на единицу массы адсорбента моль г. Экспериментальная часть. ОПЫТ 1. Влияние концентрации веществ на химическое равновесие. В данном опыте изучают обратимую реакцию взаимодействия трихлорида железа с роданистым аммонием или роданистым калием. Трихлорида железа придает раствору красную окраску.
По изменению интенсивности окраски можно судить об изменении концентрации, т. е. о смешении равновесия в ту или иную сторону. Налейте в пробирку 10мл 0,1н раствора и добавьте 10 мл 0,1н раствора или. Разлейте раствор из пробирки в 4 пробирки, одну из которых оставьте в качестве контрольной. В первую пробирку введите несколько капель концентрированного раствора хлорида железа, во вторую - несколько капель концентрированного раствора роданида калия или аммония, а в третью насыпьте немного твердого хлорида калия или аммония и встряхните пробирку несколько раз, чтобы ускорить растворение соли. Сравните окраску раствора в трех пробирках с окраской контрольной пробирке и объясните происшедшее изменение исходя из принципа Ле - Шателье.
Напишите выражение для константы исследованного химического равновесия Можно ли утверждать, что изменение концентрации реагирующих веществ повлекло за собой изменение величины константы равновесия? ОПЫТ 2. Влияние изменения температуры на химическое равновесие.
При действии йода на крахмал образуется непрочное вещество сложного состава, окрашенное в синий цвет. Эта реакция является экзотермической. Равновесие реакции можно условно изобразить следующим уравнением Налейте в две пробирки по 5 капель раствора крахмала и добавьте по 2 - 3 капли йодной воды. Наблюдайте появление синей окраски. Нагрейте одну из пробирок. Почему при нагревании окраска становится менее интенсивной или совсем исчезает? ОПЫТ 3 Адсорбция красителя активированным углем из раствора.
Налейте в колбу 20 - 25 мл разбавленного раствора чернил, насыпьте 2 - 3 г активированного угля и, закрыв колбу пробкой, энергично встряхните ее несколько раз. Затем через складной фильтр отфильтруйте смесь, поместив конец воронки в пробирку. Объясните, почему фильтр оказался бесцветным. ОПЫТ.4 Адсорбция ионов свинца из раствора активированным углем. а Проделайте реакцию на ионы свинца, налив в пробирку немного 0,001н раствора, и подействуйте на него раствором хромата калия.
Заметьте цвет осадка и напишите уравнение реакции. б Налейте в пробирку на 1 3 ее объема раствора нитрата свинца и введите туда же немного активированного угля. Пробирку закройте пробкой и сильно взболтайте несколько раз. Отфильтруйте содержимое пробирки через складчатый фильтр, поместив конец воронки в чистую пробирку Испытайте фильтрат, подействовав на него раствором хромата калия. Если в фильтрате имеются ионы свинца, должен появиться желтый осадок.
Появляется ли он на самом деле? Контрольные вопросы и задачи. 1. Что называется химическим равновесием? 2. Что называется сдвигом смещением химического равновесия? 3. В какую сторону сместится химическое равновесие при изменении температуры и давления в следующих случаях 4. Рассчитайте константу равновесия реакции если для ее проведения смешали 12 мл 10 М раствора и 15 мл 10 М раствора. Полученную смесь разбавили водой до 50 мл. Равновесная концентрация оказалась равной 2,03 10 моль л. Ответ 4 10. 5. Что называется адсорбцией, десорбцией? 6. Какова природа веществ, вызывающих физическую и химическую адсорбцию? 7. Как можно сместить адсорбционное равновесие? РАСТВОРЫ. Работа 7.