Методика выполнения работы.

Химическое равновесие.

В равновесном состоянии химической реакции продукты реакции сосуществуют с не прореагировавшими исходными веществами. Соотношение между концентрациями продуктов реакции и исходных веществ является константой равновесия реакции Кс. Константа равновесия зависит от температуры и не зависит от концентрации участников реакции. Температурная зависимость константы равновесия реакции, протекающей при постоянном объеме, выражается уравнением изохоры Вант-Гоффа: .

В небольшом интервале температур тепловой эффект реакции ΔU можно считать постоянным и после интегрирования вычислить его, зная константы равновесия при двух температурах

. (32)

Работа 9. Определение константы равновесия гомогенной реакции.

Целью работы является определение константы равновесия гомоген-ной реакции окисления йодида хлорным железом, которая протекает в водном растворе:

2 FeCl₃ + 2 MeJ = J₂ + 2 FeCl₂ + 2 MeCl . (33)

Здесь символом МеJ обозначают один из йодидов щелочных металлов или аммония: KJ, NaJ, LiJ, NH₄J; а символом MeCl – соответственно один из хлоридов: KCl, NaCl, LiCl или NH₄Cl.

Поскольку реакция протекает при постоянном объеме, то константу равновесия представляют через концентрации

. (34)

Экспериментально находят равновесную концентрацию йода путем титрования пробы реакционной смеси раствором тиосульфата натрия в присутствии крахмала и выражают равновесные концентрации всех участников реакции через концентрацию йода:

Следовательно, константа равновесия реакции К_С принимает вид

. (35)

Таким образом, работа сводится к титрованию проб реакционной смеси раствором тиосульфата, определению равновесной концентрации йода и расчету константы равновесия реакции. Момент достижения равновесия фиксируется по установлению постоянных значений объемов тиосульфата, расходуемых на титрование проб реакционной смеси.

Исходными веществами служат растворы йодида 0,1 моль/л и хлор-ного железа 0,05 моль/л. Для ускорения достижения равновесного состоя-ния в реакционную смесь вводят некоторое количество раствора соляной кислоты 0,2 моль/л (катализатор). Для сохранения постоянства объема реакционной смеси при варьировании объемов реагентов используется разбавление смесей дистиллированной водой.

Необходимое оборудование: 2 колбы на 250 мл, пипетка на 2 мл, мензурки на 100 и 25 мл, бюретка на 50 мл (для тиосульфата натрия).

Необходимые реактивы: хлорное железо 0,05 моль/л, соляная кисло-та 0,2 моль/л, йодид калия (или натрия, лития, аммония) 0,1 моль/л, тиосульфат натрия 0,004 моль/л.

Методика выполнения работы.

В колбу на 250 мл с помощью мензурки на 100 мл наливают определенные объемы хлорного железа, соляной кислоты и воды (варианты заданий приводятся в таблице 2). С помощью мензурки на 25 или 100 мл вводят в каждую колбу раствор йодида и в этот момент отмечают время начала реакции.

Через 15 минут после начала реакции берут пробу реакционной смеси (2 мл) и вливают в колбу на 250 мл, добавляют 50 – 70 мл воды и 1–2 капли крахмала. Затем с помощью бюретки на 50 мл пробу титруют раствором тиосульфата натрия 0,004 моль/л и определяют концентрацию йода. Титрование повторяют через 10 – 15 минут до тех пор, пока результаты предыдущего и последующего титрования не совпадут. Как известно, тиосульфат натрия реагирует с йодом по реакции 2 Na₂S₂O₃ + J₂= Na₂S₄O₆ + 2 NaJ, то есть с одним молем йода взаимо-действуют два моля тиосульфата натрия. Поэтому равновесная концентра-ция йода связана с объемом тиосульфата V_Т и его концентрацией С_Т

следующим образом: , где V_П – объем пробы реакционной

смеси. Так, для объема пробы V_П = 2 мл, .

Подставляя это выражение в уравнение для константы равновесия реакции, получают:

(36)

Начальные концентрации реагирующих веществ равны:

; .

Здесь С⁰ – концентрации исходных растворов, использованных для приго-товления реакционной смеси; , – объемы исходных растворов (см. табл.2) и V – общий объем реакционной смеси.

Таблица 2.

Варианты заданий по исследованию химического равновесия.

Задание	Вариант	Объем в мл
Задание	Вариант	FeCl₃	MeJ	HCl	H₂O
I	1
	2
	3
II	4
	5
	6
III	7
	8
	9