Лабораторный эксперимент 1, страница 63 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Вопрос в параграфе. Параграф 11. Скорость химических реакций. Глава II. Химические реакции - страница 63.

Условие.

Лабораторный эксперимент

В первую пробирку налейте 1 мл раствора тиосульфата натрия, во вторую — 2 мл этого раствора, в третью — 3 мл. В каждую пробирку добавьте воды: в первую — 3 мл, во вторую — 2 мл, в третью — 1 мл. Затем в каждую пробирку добавьте 2 мл раствора серной кислоты. Что наблюдаете? Обратите внимание, что опалесцирующий осадок серы быстрее и интенсивнее образуется там, где концентрация тиосульфата натрия выше, т. е. в третьей пробирке.

Решение.

Решение 2.

Что наблюдаете?

При смешивании раствора тиосульфата натрия с раствором серной кислоты во всех трёх пробирках наблюдается помутнение раствора, которое со временем усиливается. Это помутнение (опалесценция) вызвано образованием нерастворимой в воде мелкодисперсной серы. Также в ходе реакции выделяется газ с резким запахом – диоксид серы ($SO_2$).

Главное наблюдение заключается в разной скорости помутнения в пробирках:

∙ В третьей пробирке, где начальный объем раствора тиосульфата натрия был максимальным (3 мл), помутнение происходит быстрее и интенсивнее всего.

∙ Во второй пробирке (2 мл тиосульфата натрия) реакция идёт с промежуточной скоростью.

∙ В первой пробирке, с минимальным количеством тиосульфата натрия (1 мл), реакция протекает наиболее медленно.

Это явление объясняется одним из основных законов химической кинетики – зависимостью скорости реакции от концентрации реагентов.

Уравнение протекающей реакции:

$Na_2S_2O_3(р-р) + H_2SO_4(р-р) \rightarrow S(т) \downarrow + SO_2(г) \uparrow + Na_2SO_4(р-р) + H_2O(ж)$

Скорость этой реакции, которую мы измеряем по времени появления видимого осадка серы, зависит от концентраций исходных веществ. В условиях эксперимента концентрация серной кислоты во всех пробирках одинакова, а концентрация тиосульфата натрия – разная.

Рассчитаем относительную концентрацию тиосульфата натрия ($C_{Na_2S_2O_3}$) в каждой пробирке, учитывая, что общий объем смеси везде одинаков и равен 6 мл ($1 \text{ мл } + 3 \text{ мл } + 2 \text{ мл } = 6 \text{ мл}$; $2 \text{ мл } + 2 \text{ мл } + 2 \text{ мл } = 6 \text{ мл}$; $3 \text{ мл } + 1 \text{ мл } + 2 \text{ мл } = 6 \text{ мл}$). Пусть исходная концентрация раствора тиосульфата равна $C_0$.

∙ Концентрация в пробирке 1: $C_1 = C_0 \cdot \frac{1 \text{ мл}}{6 \text{ мл}} = \frac{1}{6}C_0$

∙ Концентрация в пробирке 2: $C_2 = C_0 \cdot \frac{2 \text{ мл}}{6 \text{ мл}} = \frac{1}{3}C_0$

∙ Концентрация в пробирке 3: $C_3 = C_0 \cdot \frac{3 \text{ мл}}{6 \text{ мл}} = \frac{1}{2}C_0$

Таким образом, ряд концентраций тиосульфата натрия выглядит следующим образом: $C_3 > C_2 > C_1$.

Поскольку скорость химической реакции ($v$) прямо пропорциональна концентрации реагирующих веществ, то и скорости реакции в пробирках будут находиться в таком же соотношении: $v_3 > v_2 > v_1$.

Чем выше концентрация тиосульфата натрия, тем чаще происходят столкновения его ионов с ионами водорода ($H^+$) из серной кислоты, что приводит к более быстрому образованию продуктов реакции – серы и диоксида серы. Именно поэтому в третьей пробирке мы наблюдаем самое быстрое помутнение.

Ответ: Наблюдается помутнение раствора во всех пробирках из-за образования осадка серы. Скорость помутнения прямо пропорциональна начальной концентрации тиосульфата натрия: в пробирке №3 помутнение происходит быстрее всего, в пробирке №2 – медленнее, а в пробирке №1 – наиболее медленно. Это доказывает, что скорость химической реакции возрастает с увеличением концентрации реагентов.