Тиосерная кислота. Тиосульфат натрия. Получение, свойства, применение.
К эфирам серной кислоты относятся диалкилсульфаты (RO2)SO2. Это высококипящие жидкости; низшие растворимы в воде; в присутствии щелочей образуют спирт и соли серной кислоты. Низшие диалкилсульфаты - алкилирующие агенты.
Диэтилсульфат (C2H5)2SO4. Температура плавления -26°С, температура кипения 210°С, растворим в спиртах, нерастворим в воде. Получен взаимодействием серной кислоты с этанолом. Является этилирующим агентом в органическом синтезе. Проникает через кожу.
Диметилсульфат (CH3)2SO4. Температура плавления -26,8°С, температура кипения 188,5°С. Растворим в спиртах, плохо - в воде. Реагирует с аммиаком в отсутствие растворителя (со взрывом); сульфирует некоторые ароматические соединения, например эфиры фенолов. Получают взаимодействием 60%-ного олеума с метанолом при 150°С, Является метилирующим агентом в органическом синтезе. Канцероген, поражает глаза, кожу, органы дыхания.
Тиосульфат натрияNa2S2O3
Соль тиосерной кислоты, в которой два атома серы имеют различные степени окисления: +6 и -2. Кристаллическое вещество, хорошо растворимо в воде. Выпускается в виде кристаллогидрата Na2S2O3 5Н2O, в обиходе называемый гипосульфитом. Получают взаимодействием сульфита натрия с серой при кипячении:
Na2SO3+S=Na2S2O3
Как и тиосерная кислота, является сильным восстановителем, Легко окисляется хлором до серной кислоты:
Na2S2O3+4Сl2+5Н2О=2H2SO4+2NaCl+6НСl
На этой реакции было основано применение тиосульфата натрия для поглощения хлора (в первых противогазах).
Несколько иначе происходит окисление тиосульфата натрия слабыми окислителями. При этом образуются соли тетратионовой кислоты, например:
2Na2S2O3+I2=Na2S4O6+2NaI
Тиосульфат натрия является побочным продуктом в производстве NaHSO3, сернистых красителей, при очистке промышленных газов от серы. Применяется для удаления следов хлора после отбеливания тканей, Для извлечения серебра из руд; является фиксажем в фотографии, реактивом в иодометрии, противоядием при отравлении соединениями мышьяка, ртути, противовоспалительным средством.
Тиосерная кислота - неорганическое соединение, двухосновная сильная кислота с формулой H 2 SO 3 S. Бесцветная вязкая жидкость, реагирует с водой. Образует соли - неорганические тиосульфаты. Тиосерная кислота содержит два атома серы, один из которых имеет степень окисления +4, а второй - электронейтрален.
Получение
· Реакция сероводорода и триоксида серы в этиловом эфире при низких температурах:
· Действие газообразного хлористого водорода на тиосульфат натрия:
Тиосерная кислота образует бесцветную вязкую жидкость, не замерзающую даже при очень низкой температуре. Термически неустойчива - разлагается уже при комнатной температуре.
Быстро, но не мгновенно, разлагается в водных растворах. В присутствии серной кислоты разлагается мгновенно.
Химические свойства
· Термически очень неустойчива:
· В присутствии серной кислоты разлагается:
· Реагирует со щелочами:
· Реагирует с галогенами:
Образует сложные эфиры - органические тиосульфаты.
Тиосульфа́т на́трия (антихлор , гипосульфит , сульфидотриоксосульфат натрия ) - Na 2 S 2 O 3 или Na 2 SO 3 S, соль натрия и тиосерной кислоты, образуеткристаллогидрат Na 2 S 2 O 3 ·5H 2 O.
Получение
· окислением полисульфидов Na;
· кипячение избытка серы с Na 2 SO 3:
· взаимодействием H 2 S и SO 2 с NaOH (побочный продукт в производстве NaHSO 3 , сернистых красителей, при очистке промышленных газов от S):
· кипячение избытка серы с гидроксидом натрия:
затем по приведённой выше реакции сульфид натрия присоединяет серу, образуя тиосульфат натрия.
Одновременно в ходе этой реакции образуются полисульфиды натрия (они придают раствору жёлтый цвет). Для их разрушения в раствор пропускают SO 2 .
· чистый безводный тиосульфат натрия можно получить реакцией серы с нитритом натрия в формамиде. Эта реакция количественно протекает (при 80 °C за 30 минут) по уравнению:
· растворение сульфида натрия в воде в присутствии кислорода воздуха:
Физические и химические свойства
Бесцветные моноклинные кристаллы. Молярная масса 248,17 г/моль (пентагидрат).
Растворим в воде (41,2 % при 20 о С, 69,86 % при 80 о С).
При 48,5 °C кристаллогидрат растворяется в своей кристаллизационной воде, образуя перенасыщенный раствор; обезвоживается около 100 о С.
При нагревании до 220 °C распадается по схеме:
Тиосульфат натрия - сильный восстановитель:
С сильными окислителями, например, свободным хлором, окисляется до сульфатов или серной кислоты:
Более слабыми или медленно действующими окислителями, например, иодом, переводится в соли тетратионовой кислоты:
Приведённая реакция очень важна, так как служит основой иодометрии. Следует отметить, что в щелочной среде окисление тиосульфата натрия иодом может идти до сульфата.
Выделить тиосерную кислоту (тиосульфат водорода) реакцией тиосульфата натрия с сильной кислотой невозможно, так как она неустойчива и тут же разлагается:
Расплавленный кристаллогидрат Na 2 S 2 O 3 ·5H 2 O очень склонен к переохлаждению.
Применение
· для удаления следов хлора после отбеливания тканей
· для извлечения серебра из руд;
· фиксаж в фотографии;
· реактив в иодометрии
· противоядие при отравлении: As, Br, Hg и другими тяжёлыми металлами, цианидами (переводит их в роданиды) и др.
· для дезинфекции кишечника;
· для лечения чесотки (совместно с соляной кислотой);
· противовоспалительное и противоожоговое средство;
· может использоваться как среда для определения молекулярных весов по понижению точки замерзания (криоскопическая константа 4,26°)
· в пищевой промышленности зарегистрирован в качестве пищевой добавки E539 .
· добавки для бетона.
· для очищения тканей от иода
· Марлевые повязки, пропитанные раствором тиосульфатом натрия, использовали для защиты органов дыхания от отравляющего вещества хлора в Первую мировую войну.
Девиз урока:
“Просто знать – еще не все, знания нужно использовать”.
Цели урока:
Образовательные:
- расширить представления учащихся о скорости химических реакций;
- уяснить сущность закона действующих масс (ЗДМ);
- познакомить учащихся с новыми понятиями (гомогенные и гетерогенные реакции);
- экспериментально исследовать зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ.
Развивающие:
- продолжить формирование экспериментальных навыков учащихся;
- развивать умение работать в группах и индивидуально;
- продолжить формирование химического мышления, развития речи, памяти, познавательного интереса к предмету, самостоятельности, умения делать выводы.
Воспитательные:
- воспитывать умение работать в паре, коммуникативные умения.
Оборудование:
- Для учителя : фарфоровая чаша, фарфоровый пестик, компьютер, видеопроектор.
- На рабочем столе ученика : четыре пробирки, подставка для пробирок, часы с секундной стрелкой, черная бумага.
Реактивы: Тиосульфат натрия, серная кислота, вода, алюминий, йод.
Ход урока
1. Вводная часть: сообщение темы урока, настрой учащихся на урок.
Учитель. Кинетика – раздел химии, включающий изучение таких тем, как обратимость химических реакций, тепловой эффект реакций, скорость химических реакций, химическое равновесие. Мы начинаем с темы, название которой вам нужно угадать (тема на доске закрыта; показываю опыт, демонстрирующий зависимость скорости реакции взаимодействия алюминия и кристаллического йода от катализатора).
Вопрос классу. Почему мы начинаем изучение химической кинетики с этой темы?
Тема скорости химических реакций актуальна, так как вокруг нас постоянно происходят разные процессы и скорость их различна. Эти процессы важны и происходят во всех уголках природы, жизнедеятельности людей. (Рисунок 1). Обсуждение среди ребят - сравнение скоростей предложенных реакций. Класс приходит к выводу : все процессы идут с различной скоростью.
Вопросы классу:
1. Что такое скорость реакции? Какая из приведенных формул соответствует скорости химической реакции?
2. В каких единицах измеряют скорость химических реакций?
Важно не только знать скорость химической реакции, но и научиться ею управлять. Зачем? Чтобы ускорить нужную реакцию и замедлить нежелательную. Как сказал Гете: “Просто знать – еще не все, знания нужно использовать”. Посмотрим на экран: на рисунке показана зависимость скорости реакций от определенных внешних факторов (Рисунок 2).
3. Какие факторы влияют на скорость химических реакций?
Ребята называют температуру, катализатор, природу веществ, площадь соприкосновения реагирующих веществ, приводят примеры, в которых наблюдается влияние перечисленных факторов.
2. Основная часть.
Учитель . А какого фактора здесь нет, но влияющего на скорость химических реакций?
Это концентрация реагирующих веществ, она увеличивает скорость реакций в жидкой и газообразной среде. Поэтому на этом уроке экспериментально исследуем влияние концентрации веществ на скорость химических процессов. В 9 классе это был опыт взаимодействия цинка с разбавленной и концентрированной соляной кислотой, а в 10-м классе мы используем реакцию взаимодействия тиосульфата натрия с серной кислотой.
Немного о тиосульфате натрия: химическая формула – Na 2 S 2 O 3 , широко используется в медицине. В фотоделе он известен под названием фиксажной соли. С его помощью с пластинок, бумаги или пленки удаляют неразложившийся бромид серебра. Этот процесс основан на способности тиосульфата натрия образовывать с бромидом серебра соединение, растворимое в воде. Обработанные им пленки и тщательно промытые водой, становятся нечувствительными к дальнейшему действию света.
Смысл химической реакции, лежащей в основе эксперимента: при взаимодействии тиосульфата натрия с серной кислотой наблюдается помутнение - появление чистой серы (признак химической реакции). Эта реакция идет в две стадии.
I стадия: Na 2 S 2 O 3 + Н 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + H 2 S 2 O 3 (тиосерная кислота)
II стадия: H 2 S 2 O 3 = H 2 SO 3 + S v
Сера – нерастворимое в воде вещество, вот почему выпадает осадок. Прежде, чем приступить к эксперименту, посмотрим на таблицу, которая лежит у вас на столах – инструкция проведения эксперимента (Рисунок 3). В ней указана концентрация тиосульфата натрия в каплях (условная концентрация). Изменять ее будем при помощи воды. Концентрация серной кислоты остается без изменений – 1 капля. В соседней графе карандашом запишите время проведения реакции. Что считать временем начала реакции? Момент сливания растворов тиосульфата натрия, воды и серной кислоты считаем нулевым, далее вы отсчитываете время до появления помутнения. Чтобы лучше увидеть образование серы в реакции, используйте черную бумагу.
Проделаем предварительный опыт взаимодействия тиосульфата натрия с серной кислотой и отметим время прохождения реакции (секундная стрелка).
После эксперимента строим график зависимости времени прохождения реакции от концентрации тиосульфата натрия (Рисунок 4) . График строим на полстраницы. Концентрацию откладываем в каплях, время – в секундах. На работу отводится 10 минут. Приступайте.
Посмотрим на результаты эксперимента. На доске ученик заносит свои данные в заранее подготовленную таблицу. Сравниваю с моими данными (опыт провожу накануне). Отмечаю, кто более точно из пар провел эксперимент. Затем ученик рисует график зависимости времени прохождения реакции от концентрации тиосульфата натрия. Класс делает вывод :
скорость химической реакции зависит от концентрации. Чем она больше, тем выше скорость реакции.
Вопросы классу:
1.Почему скорость химической реакции увеличивается, ведь с увеличением концентрации время прохождения реакции уменьшается? (ответ – обратнопропорциональная зависимость скорости и времени - смотри формулу).
2. Как выглядит график зависимости скорости реакции от времени? Ребята строят график (Рисунок 5). Почему?
Зависимость скорости химической реакции от концентрации веществ выражается законом действующих масс (ЗДМ), открытом в XIX веке. Например, для условной реакции
скорость химической реакции равна произведению константы скорости химической реакции k на молярные концентрации реагирующих веществ, возведенных в степень их стехиометрических коэффициентов, если необходимо: ? = k С А С В 2
где С А и С В – молярная концентрация веществ А и В, моль/л.
Физический смыл k : при С А = С В = 1моль/л, то k = v .
Но здесь важно учитывать, в какой среде протекает реакция: в гомогенной или гетерогенной. По ЗДМ в выражение для скорости реакции записывают концентрации веществ в растворенном и газообразном состоянии. Если вещество в твердом состоянии, то его концентрацией пренебрегают (два ученика выходят к доске записать выражение для скорости реакции в гомогенной и гетерогенной среде):
| 2SO 2 + O 2 = 2SO 3 | C + O 2 = CO 2 |
| v = k С O2 С 2 SO2 | v = k С O2 |
То есть, ЗДМ справедлив для гомогенных реакций. А как выглядит выражение для скорости химической реакции для гомогенной и гетерогенной реакции?
Для гомогенной реакции:
Для гетерогенной реакции:
Контроль. Для закрепления темы учащиеся отвечают на вопросы теста (Рисунок 6).
Затем все ответы учащиеся сверяют с экраном, где спроецированы ответы для проверки (Рисунок 7).
Итог урока: углубили знания по теме скорость химических реакций, экспериментально исследовали влияние концентрации веществ на скорость реакции. Я думаю, что вы приобрели новые знания, умения, которые пригодятся вам в будущем. И, наконец, маленькое пожелание на химическом языке.
IV. Рефлексия.
Желаю вам не громкими словами,
Чтоб не взрывались, словно водород, при неудачах
Что за вами следом,
И не были инертны, как неон, в пути,
Что вам пока еще невидан.Вы будьте терпеливы, как судьба,
Не окисляйтесь, словно группа щелочных металлов,
Трудолюбивыми всегда
На долгие и долгие года.Пусть будет меньше ингибиторов,
Как бремя, тормозящих путь подчас.
Пусть будет больше индивидуумов,
Талантливых и творческих из вас.Активны будьте в жизни нашей бешеной,
Словно свободный радикал.
Катализаторами вам в пути обещаны
Любовь, терпение и доброта.
Тиосульфат натрия – синтетическое соединение, известное в химии как серноватистокислый натрий, а в пищевой промышленности – как добавка Е539, разрешенная к использованию при производстве продуктов питания.
Тиосульфат натрия выполняет функции регулятора кислотности (антиокислителя), антислеживающего агента или консерванта. Применение тиосульфата как пищевой добавки позволяет увеличить сроки хранения и качество продукции, предупредить гниение, закисание, брожение. В чистом виде это вещество участвует в технологических процессах изготовления пищевой йодированной соли как стабилизатор йода и используется для обработки хлебопекарской муки, склонной к слеживанию и комкованию.
Применение пищевой добавки Е539 ограничивается исключительно промышленной сферой, вещество не поступает в розничную продажу. В медицинских целях тиосульфат натрия используется как противоядие при тяжелых отравлениях и противовоспалительное средство наружного применения.
общие сведения
Тиосульфат (гипосульфит) – это неорганическое соединение, которое является натриевой солью тиосерной кислоты. Вещество представляет собой бесцветный порошок без запаха, который при ближайшем рассмотрении оказывается прозрачными моноклинными кристаллами.
Гипосульфит является неустойчивым соединением, которое не встречается в природе. Вещество образует кристаллогидрат, который при нагревании выше 40 °С плавится в собственной кристаллической воде и растворяется. Расплавленный тиосульфат натрия склонен к переохлаждению, а при температуре около 220 °С соединение полностью разрушается.
Тиосульфат натрия: синтез
Серноватистокислый натрий был впервые получен искусственным путем в лабораторных условиях методом Леблана. Это соединение является побочным продуктом производства соды, которое образуется в результате окисления сульфида кальция. Взаимодействуя с кислородом, сульфид кальция частично окисляется до тиосульфата, из которого с помощью сульфата натрия получают Na 2 S 2 O 3 .
Современная химия предлагает несколько способов синтеза серноватистокислого натрия:
- окисление сульфидов натрия;
- кипячение серы с сульфитом натрия;
- взаимодействие сероводорода и оксида серы с гидроксидом натрия;
- кипячение серы с гидроксидом натрия.
Вышеуказанные методы позволяют получить тиосульфат натрия как побочный продукт реакции или в виде водного раствора, из которого нужно выпарить жидкость. Получить щелочной раствор серноватистокислого натрия можно, растворив его сульфид в насыщенной кислородом воде.
Чистое безводное соединение тиосульфата является результатом взаимодействия соли натрия и азотистой кислоты с серой в веществе, известном как формамид. Реакция синтеза протекает при температуре 80 °С и длится около получаса, ее продукты – тиосульфат и его оксид.
Во всех химических реакциях гипосульфит проявляет себя как сильный восстановитель. В реакциях взаимодействия с сильными окислителями Na 2 S 2 O 3 окисляется до сульфата или серной кислоты, со слабыми – до тетратионовой соли. Реакция окисления тиосульфата является основой йодометрического метода определения веществ.
Отдельного внимания заслуживает взаимодействие тиосульфата натрия со свободным хлором, который является сильным окислителем и ядовитым веществом. Гипосульфит легко окисляется хлором и переводит его в безвредные водорастворимые соединения. Таким образом, это соединение препятствует разрушительному и токсическому воздействию хлора.
В промышленных условиях тиосульфат добывают из отходов газового производства. Самым распространенным сырьем является светильный газ, который выделяется в процессе коксования угля и содержит примеси сероводорода. Из него синтезируют сульфид кальция, который подвергают гидролизу и окислению, после чего соединяют с сульфатом натрия для получения тиосульфата. Несмотря на многостадийность, этот способ считается наиболее экономически выгодным и экологически чистым методом добычи гипосульфита.
| Систематическое наименование | Тиосульфат натрия (Sodium thiosulfate) |
|---|---|
| Традиционные наименования | Серноватистокислый натрий, гипосульфит (натрия) соды, антихлор |
| Международная маркировка | Е539 |
| Химическая формула | Na 2 S 2 O 3 |
| Группа | Неорганические тиосульфаты (соли) |
| Агрегатное состояние | Бесцветные моноклинные кристаллы (порошок) |
| Растворимость | Растворим в , нерастворим в |
| Температура плавления | 50 °С |
| Критическая температура | 220 °С |
| Свойства | Восстановительные (антиокислительные), комплексообразующие |
| Категория пищевой добавки | Регуляторы кислотности, вещества против слеживания (антислеживатели) |
| Происхождение | Синтетическое |
| Токсичность | Не исследована, вещество условно безопасно |
| Области применения | Пищевая, текстильная, кожевенная промышленность, фотодело, фармацевтика, аналитическая химия |
Тиосульфат натрия: применение
Серноватистокислый натрий использовали в различных целях задолго до включения этого соединения в состав пищевых добавок и медикаментов. Антихлором пропитывали марлевые повязки и фильтры противогазов для защиты органов дыхания от ядовитого хлора во времена Первой мировой войны.
Современные направления применения гипосульфита в промышленности:
- обработка фотопленки и фиксирование изображений на фотобумаге;
- дехлорирование и бактериологический анализ питьевой воды;
- удаление пятен хлора при отбеливании тканей;
- выщелачивание золотой руды;
- изготовление сплавов меди и патины;
- дубление кожи.
Серноватистокислый натрий используют в качестве реактива в аналитической и органической химии, им нейтрализуют сильные кислоты, обезвреживают тяжелые металлы и их токсические соединения. Реакции взаимодействия тиосульфата с различными веществами являются основой йодометрии и бромометрии.
Пищевая добавка Е539
Тиосульфат натрия не является широко распространенной пищевой добавкой и не находится в свободном доступе из-за неустойчивости соединения и токсичности продуктов его распада. Гипосульфит участвует в технологических процессах производства пищевой йодированной соли и хлебобулочных изделий в качестве регулятора кислотности и антислеживателя (антикомкователя).
Добавка Е539 выполняет функции антиокислителя и консерванта при изготовлении овощных и рыбных консерв, десертов и алкогольных напитков. Это вещество также входит в состав химикатов, которыми обрабатывают поверхность свежих, сушеных и замороженных овощей и фруктов.
Консервант и антиоксидант Е539 используют для улучшения качества и увеличения срока годности таких продуктов:
- свежие и замороженные овощи, фрукты, морские ;
- , орехи, семечки;
- овощи, грибы и водоросли, консервированные в или масле;
- джемы, желе, засахаренные фрукты, фруктовые пюре и начинки;
- свежая, мороженая, копченая и сушеная рыба, морепродукты, консервы;
- мука, крахмалы, соусы, приправы, уксус, ;
- белый и тростниковый , сахарозаменители (декстроза и ), сахарные сиропы;
- фруктовые и овощные соки, сладкая вода, слабоалкогольные напитки, виноградные .
При изготовлении поваренной йодированной соли пищевую добавку Е539 применяют для стабилизации йода, что позволяет существенно продлить сроки хранения продукта и сохранить его пищевую ценность. Предельно допустимая концентрация Е539 в поваренной соли составляет 250 мг на 1 кг.
В хлебопекарном деле активно используют тиосульфат натрия в составе различных добавок для улучшения качества продукции. Хлебопекарные улучшители бывают окислительными и восстановительными. Антислеживатель Е539 относится к улучшителям восстанавливающего действия, которые позволяют изменить свойства .
Тесто из плотной муки с короткорвущейся клейковиной плохо поддается обработке, слеживается, не достигает необходимого объема и трескается в процессе выпечки. Антислеживающий агент Е539 разрушает дисульфидные связи и структурирует белки клейковины, в результате чего тесто хорошо поднимается, мякиш становится рыхлым и эластичным, а корочка не трескается при выпекании.
На предприятиях антислеживатель добавляют в муку вместе с дрожжами непосредственно перед замешиванием теста. Содержание тиосульфата в муке составляет 0,001-0,002 % ее массы в зависимости от технологии изготовления хлебобулочного изделия. Санитарно-гигиенические нормы для добавки Е539 составляют 50 мг на 1 кг пшеничной муки.
Антислеживатель Е539 используют в технологических процессах в строгой дозировке, поэтому риск отравления тиосульфатом при употреблении мучных изделий отсутствует. Мука, предназначенная для розничной реализации, перед продажей не обрабатывается. В пределах нормы добавка безопасна и не оказывает токсического действия на организм.
Использование в медицине и его влияние на организм
Гипосульфит соды входит в перечень основных лекарственных средств Всемирной организации здравоохранения как один из наиболее эффективных и безопасных лекарственных препаратов. Его вводят под кожу, внутримышечно и внутривенно как раствор для инъекций или применяют в качестве наружного средства.
В начале ХХ века тиосульфат натрия был впервые использован как противоядие при отравлении синильной кислотой. В сочетании с нитритом натрия, тиосульфат рекомендуют для особо тяжелых случаев отравления цианидами и вводят внутривенно для превращения цианидов в нетоксичные тиоцианаты, которые впоследствии можно безопасно вывести из организма.
Медицинское применение серноватисто-кислого натрия:
Влияние гипосульфита на организм человека при пероральном употреблении не изучено, поэтому нельзя судить о пользе и вреде вещества в чистом виде или в составе продуктов питания. Случаев отравления добавкой Е539 зарегистрировано не было, поэтому ее принято считать нетоксичной.
Тиосульфат натрия и законодательство
Тиосульфат натрия входит в перечень пищевых добавок, разрешенных для применения при изготовлении продуктов питания в России и Украине. Антислеживающий агент и регулятор кислотности Е539 используют согласно установленным санитарно-гигиеническим нормам исключительно в промышленных целях.
Ввиду того, что действие химического вещества на организм человека при пероральном применении до сих пор не изучено, добавка Е539 не разрешена к применению в странах ЕС и США.
1. Влияние концентрации на скорость реакции тиосульфата натрия с серной кислотой . В три пробирки налейте 0,1 н. раствор тиосульфата натрия: в первую – 5 мл, во вторую – 10 мл и третью – 15 мл. После этого в первую пробирку добавьте 10 мл, а во вторую – 5 мл дистиллированной воды. Затем в три другие пробирки налейте по 5 мл 0,1 н. раствора серной кислоты. Слейте попарно приготовленные растворы, в результате чего произойдет реакция
Na 2 S 2 O 3 +H 2 SO 4 =Na 2 SO 4 +SO 2 +H 2 O+S
С помощью секундомера отметьте, через какое время появляется сера в каждой пробирке. Результаты запишите в следующую таблицу:
Таблица 9.1
Какой вывод можно сделать из полученных данных?
2. Зависимость скорости реакции от температуры . Влияние температуры на скорость реакции взаимодействия тиосульфата натрия с серной кислотой. Приготовьте шесть одинаковых стаканов. В три стакана налейте по 15 мл 0,1 н. раствора тиосульфата натрия, а в другие три стакана – по 15 мл 0,1 н. раствора серной кислоты. Нагрейте на водяной бане одну пару стаканов с растворами тиосульфата натрия и серной кислоты до температуры на 10°С выше, а другую пару стаканов на 20°С выше комнатной в течение 15–20 мин, контролируя температуру воды термометром. Пока растворы нагреваются, слейте оставшиеся растворы тиосульфата натрия и серной кислоты при комнатной температуре. Отметьте время появления серы в стаканах. То же проделайте и с подогретыми растворами. Полученные данные запишите в таблицу:
Таблица 9.2
Какие выводы можно сделать относительно влияния температуры на скорость реакции из полученных результатов?
3. Изучение скорости реакции разложения перекиси водорода . Перекись водорода самопроизвольно медленно разлагается в соответствии с уравнением: Н 2 О 2 =Н 2 О+1/2О 2 . Скорость этого процесса можно увеличить введением катализатора и оценивать количеством выделенного кислорода за определенный промежуток времени. Опыт проводится в приборе, изображенном на рис. 2. Налейте через воронку в бюретку воды приблизительно до нулевого деления, плотно закройте отверстие бюретки пробкой со стеклянной трубкой. В одно колено сосуда Ландольта налейте с помощью воронки 1 мл раствора хлорида железа III – катализатор. В другое колено с помощью воронки налейте перекись водорода заданной преподавателем концентрации. Затем соедините сосуд Ландольта с бюреткой при помощи пробки с газоотводной трубкой. Проверьте герметичность прибора. Поместите сосуд Ландольта в термостат с заданной температурой и выдержите 10–15 мин. Установите одинаковый уровень воды в уравнительной воронке и бюретке, запишите величину уровня. Наклоняя сосуд Ландольта, приведите перекись водорода в контакт с катализатором. Через каждые 1–2 мин в течении 30 мин измеряйте объем выделенного кислорода V τ . Результаты измерений запишите в табл. 9.3.
Таблица 9.3
После полного разложения перекиси водорода сосуд Ландольта охладите до начальной температуры термостата, и вновь измерьте объем полностью выделенного кислорода V ∞ . По данным табл. 9.3 и по формуле
произведите расчет константы скорости реакции. Построить график зависимости:
Определите по тангенсу угла наклона прямой к оси абсцисс константу скорости реакции и сравните со среднеарифметическим значением (9.17). Целесообразно проводить опыты при двух температурах: 15–25°С и 30–40°С.
По значениям константы скорости реакции для двух температур по формуле:
где R=8,314 Дж/моль∙К, рассчитайте энергию активации реакции разложения перекиси водорода.
4. Влияние концентрации реагентов на химическое равновесие . При взаимодействии раствора хлорида железа (III) с роданидом калия образуются растворимые вещества и изменяется окраска растворов. Реакция обратимая:
FeCl 3 +3KCNS Fe(CNS) 3 +3KCl
Записать в таблице цвета растворов всех веществ системы:
Таблица 9.4.
Смешать в пробирке по 5 мл растворов хлорида железа (III) и роданида калия. Отметить окраску полученного раствора. Указать вещество, сообщившее окраску системе. Разлить полученный раствор в четыре пробирки по возможности равными частями. В первую пробирку добавить немного концентрированного раствора хлорного железа, во вторую – раствора роданида калия, в третью – немного кристаллического хлорида калия. Четвертую пробирку оставить для сравнения. Сравнить окраску растворов в пробирках и укажите, в каком направлении сместилось равновесие при добавлении FeCl 3 , KSCN и KCl. Составить уравнение для константы равновесия изученной реакции.
5. Влияние изменения температуры на химическое равновесие . При действии иода на крахмал образуется непрочное соединение сложного состава, окрашенное в синий цвет. Равновесие системы можно условно изобразить следующим уравнением:
Крахмал + иод иодокрахмальный комплекс
Налить в пробирку 2-3 мл раствора крахмала и добавить несколько капель иодной воды до появления синей окраски раствора. Нагреть пробирку до посветления раствора, а затем охладить до возвращения синей окраски. Определить какая реакция (прямая или обратная) является экзотермической, какая эндотермической. Объяснить изменение цвета при нагревании и охлаждении.
Наблюдаемый признак реакции - образование бело-желтой мути (нерастворимая сера). Тиосерная кислота неустойчива (см. уравнение реакции!), поэтому ее получают взаимодействием тиосульфата натрия с разбавленной серной кислотой:
Na 2 S 2 O 3 + H 2 SO 4 = H 2 S 2 O 3 + Na 2 SO 4
т.е. суммарная реакция:
Na 2 S 2 O 3 + H 2 SO 4 = S + SO 2 + H 2 O + Na 2 SO 4
Проведение реакции: В 2 одинаковых стакана налить по 20 мл 2М серной кислоты. В 1 из стаканов добавить 80 мл воды (уменьшаем концентрацию кислоты). Одновременно прилить в оба стакана (из 2 других стаканов или цилиндров) 20 мл 2М тиосульфата натрия.
Что наблюдать: В каком из стаканов муть образуется быстрее?
Катализ
В основе эксперимента - реакция разложения пероксида водорода
H 2 O 2 = H 2 O + 1/2O 2
ускоряющаяся в присутствии диоксида марганца, а также некоторых солей тяжелых металлов, фермента каталазы и др. Наблюдаемый признак реакции - выделение пузырьков газа, в котором ярко вспыхивает тлеющая лучина.
Проведение реакции: В высокий цилиндр (на 100 мл) налить 10 мл 30% Н 2 О 2 . Быстро всыпать порошок MnO 2 (вариант - капнуть несколько капель крови). Внести в цилиндр тлеющую лучину.
Катализ
В основе эксперимента - каталитическое окисление аммиака на оксиде хрома.
4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O
Наблюдаемый признак реакции - искры (раскаливание частиц оксида хрома за счет экзотермического теплового эффекта реакции и их свечение).
Проведение реакции: Большую плоскодонную колбу (500 мл) тщательно ополоснуть изнутри концентрированным раствором аммиака (таким образом в ней создается высокая концентрация паров аммиака). Сбрасывать в нее нагретый в железной ложечке оксид хрома (III).
Простой модельный эксперимент, сразу на несколько тем.
В сухой химический стакан (можно использовать простые одноразовые пишевые стаканчики) поместите одинаковые количества (примерно с горошину каждого) сухих лимонной кислоты и пищевой соды (гидрокарбоната натрия).
Реакция не идет без воды, и при добавлении нескольких капель воды смесь "вскипает".
NaHCO 3 + H 3 (C 5 H 5 O 7) = Na 3 (C 5 H 5 O 7) + CO 2 + H 2 O
Можно провести такую же реакцию, заменив соду на мел. Это доказывает, что реакция сводится к взаимодействию карбонат-иона с протоном:
CO 3 2- + 2H + = H 2 CO 3 = CO 2 + H 2 O
Затем в одном стакане мы готовим насыщенный раствор соды (ее растворимость 9,6 г на 100 г воды при комнатной температуре). В два других стакана мы помещаем лимонную кислоту - в первый объемом со спичечную головку, во второй примерно в 5 раз больше. Наливаем в оба стакана по 10 мл воды и растворяем кислоту при перемешивании. В оба стакана с лимонной кислотой одновременно добавляем по 5 мл насыщенного раствора гидрокарбоната натрия. Видно, что в стакане, где концентрация лимонной кислоты выше, выделение газа более интенсивное. Вывод: скорость реакции пропорциональна концентрации реагентов.
