Лабораторная работа №6, страница 106, часть 1 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

Смещение химического равновесия

Реактивы:

0,01 М и 1 М раствора хлорида железа (III) $FeCl_3$, роданида калия $KCNS$; 10 г кристаллического хлорида калия.

Химическая посуда и лабораторное оборудование:

• стаканы на 500 мл и 100 мл
• стеклянные палочки
• пипетки
• измерительные цилиндры
• белый экран

Ход работы

Налейте в большой стакан по 100 мл разбавленных растворов хлорида железа (III) и роданида калия, содержимое перемешайте стеклянной палочкой. Появляется характерное красное окрашивание, обусловленное присутствием $Fe(CNS)_3$: $FeCl_3 + 3KCNS = Fe(CNS)_3 + 3KCl$

Разлейте полученный красный раствор поровну в четыре стакана, которые поставьте перед белым экраном. Первый стакан оставьте для сравнения, во второй добавьте 5 мл 1 М раствора хлорида железа (III), в третий — 5 мл 1 М раствора роданида калия $KCNS$ и перемешайте их стеклянной палочкой. Во втором и третьем стаканах окраска усиливается. В четвертый стакан прибавьте 5 г хлорида калия и энергично перемешайте стеклянной палочкой. Окраска раствора по мере растворения хлорида калия заметно ослабляется. На основании результатов опыта сделайте соответствующие выводы.

Решение

В ходе лабораторной работы исследуется смещение химического равновесия в обратимой реакции между хлоридом железа (III) и роданидом калия. Исходная реакция, приводящая к появлению характерного красного окрашивания, описывается уравнением:

$FeCl_3 + 3KCNS \rightleftharpoons Fe(CNS)_3 + 3KCl$

Более точно происходящие в растворе процессы описывает ионное уравнение, так как все исходные соли и хлорид калия являются сильными электролитами, а кроваво-красную окраску раствору придает комплексный ион роданида железа. Для простоты, будем считать, что образуется комплекс, указанный в условии, хотя на самом деле образуется смесь комплексов разного состава.

$Fe^{3+} + 3CNS^- \rightleftharpoons Fe(CNS)_3$

Наблюдаемые изменения окраски в стаканах объясняются принципом Ле Шателье: если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, оказывается внешнее воздействие (изменение концентрации, температуры или давления), то равновесие смещается в направлении процесса, ослабляющего это воздействие.

Выводы по второму стакану (добавление $FeCl_3$)

Во второй стакан добавляют 1 М раствор хлорида железа (III) ($FeCl_3$). Это приводит к увеличению концентрации ионов железа ($Fe^{3+}$) в растворе, которые являются реагентами в данной реакции. Согласно принципу Ле Шателье, для противодействия этому изменению система сместит равновесие вправо, в сторону образования продуктов.

$Fe^{3+}_{ (избыток)} + 3CNS^- \rightarrow Fe(CNS)_3$

В результате смещения равновесия вправо увеличивается концентрация роданида железа (III) ($Fe(CNS)_3$), который и придает раствору красную окраску. Усиление красной окраски, наблюдаемое в опыте, подтверждает смещение равновесия в сторону продуктов реакции.

Ответ: Увеличение концентрации одного из реагентов ($FeCl_3$) смещает химическое равновесие в сторону образования продуктов, что приводит к усилению окраски раствора.

Выводы по третьему стакану (добавление $KCNS$)

В третий стакан добавляют 1 М раствор роданида калия ($KCNS$). Это приводит к увеличению концентрации роданид-ионов ($CNS^-$) в растворе, которые также являются реагентами. Аналогично предыдущему опыту, в соответствии с принципом Ле Шателье, система стремится уменьшить концентрацию добавленного вещества, смещая равновесие вправо.

$Fe^{3+} + 3CNS^-_{ (избыток)} \rightarrow Fe(CNS)_3$

Смещение равновесия вправо ведет к увеличению концентрации красного комплекса $Fe(CNS)_3$. Наблюдаемое в опыте усиление окраски подтверждает этот вывод.

Ответ: Увеличение концентрации другого реагента ($KCNS$) также смещает равновесие в сторону продуктов, что проявляется в усилении окраски.

Выводы по четвертому стакану (добавление $KCl$)

В четвертый стакан добавляют кристаллический хлорид калия ($KCl$). Растворяясь, $KCl$ диссоциирует на ионы $K^+$ и $Cl^-$. Есть два способа объяснить наблюдаемое ослабление окраски:

1. С точки зрения молекулярного уравнения $FeCl_3 + 3KCNS \rightleftharpoons Fe(CNS)_3 + 3KCl$, хлорид калия является одним из продуктов реакции. Увеличение концентрации продукта ($KCl$) согласно принципу Ле Шателье смещает равновесие влево, в сторону исходных веществ. Это приводит к распаду красного комплекса $Fe(CNS)_3$ и, как следствие, к ослаблению окраски раствора.

$Fe(CNS)_3 + 3KCl_{ (избыток)} \rightarrow FeCl_3 + 3KCNS$

2. С ионной точки зрения, ионы железа $Fe^{3+}$ способны образовывать с ионами хлора $Cl^-$ бесцветные или слабо-желтые комплексные ионы, например $[FeCl_4]^-$.

$Fe^{3+} + 4Cl^- \rightleftharpoons [FeCl_4]^-$

Образование этих комплексов связывает ионы $Fe^{3+}$, уменьшая их свободную концентрацию в растворе. Уменьшение концентрации реагента ($Fe^{3+}$) в исходном равновесии ($Fe^{3+} + 3CNS^- \rightleftharpoons Fe(CNS)_3$) вызывает смещение этого равновесия влево, чтобы восполнить убыль ионов железа. Смещение влево означает распад красного комплекса $Fe(CNS)_3$, что и наблюдается как ослабление окраски.

Оба объяснения приводят к одному и тому же выводу.

Ответ: Добавление одного из продуктов реакции ($KCl$) смещает равновесие влево, в сторону реагентов. Это также может быть объяснено связыванием ионов $Fe^{3+}$ в хлоридные комплексы, что уменьшает концентрацию реагента и также смещает равновесие влево. В обоих случаях происходит уменьшение концентрации окрашенного продукта и ослабление окраски.

Общий вывод

Проведенный эксперимент наглядно демонстрирует принцип смещения химического равновесия (принцип Ле Шателье) при изменении концентраций реагирующих веществ. Увеличение концентрации реагентов смещает равновесие в сторону продуктов (вправо), а увеличение концентрации продуктов (или удаление реагентов) смещает равновесие в сторону реагентов (влево).

Ответ: Результаты опыта подтверждают справедливость принципа Ле Шателье для обратимых химических реакций в растворах.