Номер 2, страница 288 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 61. Скорость химической реакции. Закон действующих масс. Глава 6. Теоретическое описание химических реакций - номер 2, страница 288.

Условие.

2. Какие существуют способы измерения концентраций реагирующих веществ?

Решение.

Решение 2.

Для измерения концентрации реагирующих веществ существует множество способов, которые условно можно разделить на две большие группы: химические и физические. Выбор конкретного способа зависит от свойств веществ, участвующих в реакции, условий ее проведения и требуемой точности измерений.

Химические методы

Эти методы основаны на отборе пробы из реакционной смеси и проведении с ней химического анализа для определения количества вещества. Как правило, реакцию в отобранной пробе необходимо мгновенно остановить (например, резким охлаждением или добавлением ингибитора).

• Титрование: Классический метод объемного анализа. Из реакционной смеси в определенные моменты времени отбирают пробу, останавливают реакцию и титруют один из реагентов или продуктов раствором другого вещества с точно известной концентрацией (титрантом) до точки эквивалентности. По объему пошедшего на титрование реагента вычисляют концентрацию. Применяются различные виды титрования: кислотно-основное, окислительно-восстановительное, комплексонометрическое.

• Гравиметрия: Метод количественного анализа, основанный на точном измерении массы. Искомое вещество из отобранной пробы осаждают в виде малорастворимого соединения с известным составом. Осадок отделяют, промывают, высушивают до постоянной массы и взвешивают. По массе осадка рассчитывают концентрацию вещества в пробе. Метод точен, но трудоемок и длителен.

Физические методы

Эти методы основаны на измерении какого-либо физического свойства реакционной системы, которое является функцией концентрации одного или нескольких компонентов. Преимущество этих методов в том, что они часто позволяют проводить измерения непрерывно и без разрушения системы (без отбора проб).

• Спектрофотометрия (включая колориметрию): Основана на измерении интенсивности поглощения света веществом. Если реагент или продукт поглощает свет в видимой или ультрафиолетовой области спектра, то его концентрация $c$ может быть найдена с помощью закона Бугера-Ламберта-Бера: $A = \epsilon c l$, где $A$ — оптическая плотность (поглощение), $\epsilon$ — молярный коэффициент поглощения, $l$ — оптическая длина пути. Это один из наиболее распространенных методов в химической кинетике.

• Кондуктометрия: Измерение удельной электрической проводимости раствора. Метод эффективен, если в ходе реакции изменяется общее число ионов в растворе или их подвижность (например, ионы $H^+$ и $OH^-$ очень подвижны).

• Потенциометрия: Измерение электродвижущей силы (ЭДС) электрохимической ячейки, которая зависит от концентрации (активности) определенных ионов. Наиболее известный пример — использование pH-метра для отслеживания концентрации ионов водорода $H^+$.

• Поляриметрия: Применим для реакций с участием оптически активных веществ (хиральных молекул). Метод основан на измерении угла вращения плоскости поляризации света, который прямо пропорционален концентрации оптически активного компонента.

• Измерение давления или объема (для газовых реакций): Если реакция протекает в газовой фазе с изменением количества молей газа, то можно отслеживать ход реакции, измеряя общее давление в системе при постоянном объеме ($P \propto n_{total}$) или изменение объема при постоянном давлении ($V \propto n_{total}$).

• Хроматографические методы: Газовая (ГХ) или жидкостная (ВЭЖХ) хроматография используется для разделения компонентов сложной смеси. Периодически отбирая пробы из реактора и вводя их в хроматограф, можно определить концентрации всех компонентов по площадям их пиков на хроматограмме.

Ответ: Существуют две основные группы способов измерения концентраций реагирующих веществ: химические и физические. К химическим относятся методы, требующие отбора пробы и ее анализа, например, титрование и гравиметрия. К физическим относятся методы, основанные на измерении физического свойства системы, зависящего от концентрации, например, спектрофотометрия (измерение поглощения света), кондуктометрия (измерение электропроводности), потенциометрия (измерение потенциала), манометрия (измерение давления газов) и другие. Физические методы часто позволяют вести непрерывный мониторинг реакции.