Дослід 1. Вплив концентрації реагуючих речовин на швидкість реакції в гомогенній системі

Вплив концентрації реагуючих речовин на швидкість реакції в гомогенній системі розглянемо на прикладі реакції між розчинами тіосульфату натрію і сірчаної кислоти. Ця реакція протікає за сумарним стехіометричним рівнянням, яке не відображає дійсного механізму процесу (проміжних стадій), а є загальним виразом для вихідних речовин і продуктів реакції:

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ = S + H₂O + SO₂ + Na₂SO₄

Насправді зазначена реакція відбувається за таким механізмом:

1) Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ = H₂S₂O₃ + Na₂SO₄

2) H₂S₂O₃ = S + H₂O + SO₂

Перша з цих реакцій відбувається практично миттєво, а друга повільно. Зрозуміло, що швидкість реакції, яка складається з кількох еле­ментарних стадій, зумовлюється швидкістю перебігу повільнішої з них, тобто в даному випадку другої. Згідно із законом діючих мас, і враховуючи, що концентрація H₂S₂O₃ дорівнює концентрації Na₂S₂O₃, кінетичне рівняння для даного процесу буде мати вигляд:

Отже, реакція між розчинами тіосульфату натрію і сірчаної кислоти є бімолекулярною (для її перебігу необхідна молекула Na₂S₂O₃ і молекула H₂SO₄), але протікає за механізмом реакції першого порядку (швидкість її залежить тільки від концентрації Na₂S₂O₃, причому в першому ступені). Графічно залежність швидкості цієї реакції від концентрації буде виражатися у вигляді прямої лінії.

Виконання роботи. Сірка, що виділяється внаслідок цієї реакції, спочатку утворює з водою колоїдний розчин, який за зовнішнім виглядом нагадує дуже розбавлений розчин мила (ледь помітне помутніння). Необхідно за допомогою секундоміра чи метронома виміряти час від моменту зливання розчинів Na₂S₂O₃ і H₂SO₄ до виникнення ледве помітного помутніння. Швидкість реакції буде визначатися як величина, обернена до часу, тобто v=1/τ.

На стінках восьми сухих та чистих пробірок проставте олівцем із воску номери: 1, 2, 3, 4, 1а, 2а, 3а, 4а. В останні чотири пробірки(1а-4а) налийте із бюретки (або за допомогою мірних пробірок) по 4 мл спеціально приготовленого розчину сірчаної кислоти. В перші чотири пробірки (1-4) налийте із бюреток (або за допомогою мірних пробірок) вказані в таблиці кількості мілілітрів розчину Na₂S₂O₃ і води. Якщо концентрацію Na₂S₂O₃ в першій пробірці прийняти рівною 1, то в 2-й, 3-й та 4-й вона буде рівна 2, 3 та 4 відповідно.

Влийте розчин з пробірки 1 в пробірку 1а і зараз же ввімкніть секундомір, перемішайте розчини в пробірці (отвір пробірки закрийте великим пальцем і переверніть її декілька разів). Як тільки помітите слабке помутніння розчину в пробірці, вимкніть секундомір. Запишіть результат в таблицю.

Виконайте аналогічні досліди з розчинами пробірок 2-2а, 3-3а та 4-4а.

За одержаними результатами побудуйте на міліметровому папері графік залежності між швидкістю реакції (вісь ординат) і концентрацією (вісь абсцис). Зробіть висновки: якою лінією виражається знайдена залежність, чи повинна ця лінія проходити через початок координат, якого порядку ця реакція?