外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率及化學(xué)平衡影響實(shí)驗(yàn)分析

萬 順

(鄭州市第一中學(xué),河南 鄭州450000)

0 前言

化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡是高中化學(xué)學(xué)科學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容,雖然其內(nèi)容較為抽象,但相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系卻較為緊密,邏輯性較強(qiáng)。因此,通過進(jìn)行相應(yīng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜻M(jìn)一步幫助了解和掌握影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的外部條件,從而增強(qiáng)對(duì)這一知識(shí)點(diǎn)的理解能力。

1 外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響

1.1 實(shí)驗(yàn)原理與用品

影響化學(xué)反應(yīng)速率的外界因素主要包括催化劑、濃度和溫度,就同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)而言,當(dāng)外界條件發(fā)生變化時(shí),其反應(yīng)速度也發(fā)生相應(yīng)變化。通常,在其它條件不變時(shí),增加溫度,反應(yīng)速率加快;增加反應(yīng)物濃度,反應(yīng)速率也隨之加快。此外,催化劑的加入也會(huì)引起化學(xué)反應(yīng)速率發(fā)生變化。為進(jìn)一步了解外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響,我對(duì)相關(guān)化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了分析,相關(guān)實(shí)驗(yàn)用品主要包括了鐵架臺(tái)、雙控膠塞、直角導(dǎo)管、彎導(dǎo)管、試管、量筒、乳膠管、水槽以及燒杯和6%的H2O2與顆粒狀MnO2。實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

1.2 催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響

圖1 外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率影響的實(shí)驗(yàn)裝置

分別安裝兩套雙氧水的分解裝置,在一個(gè)裝置的試管中加入顆粒狀的MnO2,另一套裝置不加入MnO2,分別向兩裝置分液漏斗中注入5ml6%的H2O2,并將兩裝置分液漏斗的H2O2放在試管中,在2min內(nèi)觀察不同裝置試管內(nèi)的H 2 O2分解情況和量筒中O2的體積。結(jié)果發(fā)現(xiàn),加入顆粒狀的MnO2的試管內(nèi)的氣泡產(chǎn)生速度較快,且量筒中O2的體積增加速度較快,而未加入MnO2的試管內(nèi)的氣泡產(chǎn)生速度較慢,量筒中O2的體積增加速度也較慢,且所加入的MnO2在反映前后并未發(fā)生量的變化。說明,就這一試驗(yàn)而言,催化劑的加入能夠促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)速率的增加。

1.3 濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響

準(zhǔn)備三套裝置,分別在三套裝置的試管內(nèi)放入少量事先準(zhǔn)備好的MnO2,并在三個(gè)分液漏斗中依次加入5ml2%、4%和6%的雙氧水,將分液漏斗置于試管中,仍然觀察2min內(nèi)不同裝置試管所產(chǎn)生的O2的體積。結(jié)果發(fā)現(xiàn),2min內(nèi),裝有6%的雙氧水試管所連接的量筒中氧氣的體積最大,4%雙氧水次之,最后是2%的雙氧水。從這一試驗(yàn)我了解到,在其他條件不變時(shí),反應(yīng)物濃度的增加能夠促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)速率提升。

1.4 溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響

安裝兩套裝置,并在其中試管內(nèi)各放入少量顆粒狀MnO2,將5ml6%的雙氧水注入到兩裝置的分液漏斗中,在其中一套裝置的試管外放一個(gè)300ml燒杯,相其中注入40℃150ml的自來水進(jìn)行水浴,并將雙氧水分別置于兩試管中加熱,觀察2min內(nèi)兩裝置產(chǎn)生的氧氣體積。結(jié)果發(fā)現(xiàn),經(jīng)水浴的裝置中,O2的體積較多。由此,我得到以下結(jié)論,即當(dāng)其他條件不變時(shí),溫度的上升能夠使化學(xué)反應(yīng)速率也相應(yīng)增加。

2 外界條件對(duì)化學(xué)平衡的影響

2.1 壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡的影響

首先,經(jīng)過老師講解,了解壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡影響的實(shí)驗(yàn)原理,即,壓強(qiáng)的變化只會(huì)對(duì)氣體參加且在反映前后氣體分子數(shù)不同的化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)平衡產(chǎn)生影響,其影響方式是,壓強(qiáng)增加,化學(xué)平衡則向氣體分子數(shù)減少的方向進(jìn)行移動(dòng);反之,壓強(qiáng)減小,化學(xué)平衡則向氣體分子增大的方向移動(dòng)。其次,準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)用品,具體包括100ml注射器、膠塞、打孔器、大理石、集氣瓶以及濃度為4mol/l的HCl、NO2和Br2。最后,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和觀察。具體方法為：(1)用注射器在膠塞上打一個(gè)半截小孔,并在注射器中放入大理石與4mol/l的HCl,將內(nèi)觀推進(jìn)并將細(xì)管插入打好的膠塞半截孔中,而后,向外抽內(nèi)觀,我觀察到反應(yīng)過程中有大量的氣體產(chǎn)生(CO2)且反應(yīng)速度很快,而在將內(nèi)管向內(nèi)推壓時(shí),反應(yīng)速度則較慢;(2)事先準(zhǔn)備好容積兩桶的兩個(gè)集氣瓶,兩集氣瓶?jī)?nèi)分別充滿NO2和Br2蒸汽,將充滿NO2的集氣瓶上扣上一個(gè)同集氣瓶容積相同的空集氣瓶,結(jié)果發(fā)現(xiàn),瓶中的顏色并未變淺;同樣方法對(duì)裝滿Br2蒸汽的集氣瓶進(jìn)行處理,則發(fā)現(xiàn)顏色變淺。由此,我進(jìn)一步了解了壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡的影響,即壓強(qiáng)增加,化學(xué)平衡則向氣體分子數(shù)減少的方向進(jìn)行移動(dòng);反之,壓強(qiáng)減小,化學(xué)平衡則向氣體分子增大的方向移動(dòng)。

2.2 溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響

首先,通過課堂聽講我了解到化學(xué)平衡是一種動(dòng)態(tài)平衡,如果改變影響平衡的某一因素,則平衡便會(huì)向著能夠減弱這種改變的方向移動(dòng)。因此,對(duì)于已達(dá)到化學(xué)平衡的體系,升溫將有利于吸熱反應(yīng)進(jìn)行,而降溫則有利于放熱反應(yīng)的進(jìn)行。此外,在室溫下,NO2和N2O4的混合物為紅棕色(其中,NO2為紅棕色,N2O4無色),降低溫度,顏色變淺,升高溫度,顏色變深。其次,準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)用品,主要包括20×200的硬質(zhì)試管、200ml的燒杯、酒精燈、鐵架臺(tái)和64cm的直玻璃導(dǎo)管、Pb(NO3)2硝酸鉛晶體、冰、開水和砂子。最后,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和觀察。通過觀察老師所做實(shí)驗(yàn),將相關(guān)操作進(jìn)行如下總結(jié)：先將長(zhǎng)度為64cm的直玻璃導(dǎo)管彎曲成3V形狀,并取2gPb(NO3)2硝酸鉛晶體和等體積的砂子均勻混合,將其放入帶導(dǎo)氣管的硬質(zhì)試管中,并將試管固定在鐵架臺(tái)上,關(guān)口略向下傾斜,加熱試管,將分解產(chǎn)物中產(chǎn)生的NO2和O2的混合氣體通入彎好的3V玻璃導(dǎo)管中,并將導(dǎo)管兩端堵死,而導(dǎo)管內(nèi)混合氣體中的O2不會(huì)干擾NO2和N2O4的平衡,因此,可不除去產(chǎn)生的O2。在三個(gè)燒杯中分別加入沸水、自來水和冰水混合物,而后,將3V導(dǎo)管的三個(gè)凸形部分分別插入燒杯當(dāng)中,結(jié)果發(fā)現(xiàn),凸形部分內(nèi)的氣體顏色依次由深到淺,即產(chǎn)生的NO2濃度由高到低,進(jìn)一步驗(yàn)證了老師教導(dǎo)的上述實(shí)驗(yàn)原理。結(jié)果表明,溫度升高,會(huì)使化學(xué)平衡向著吸熱反應(yīng)的方向進(jìn)行,溫度降低,會(huì)使化學(xué)平衡向著放熱反應(yīng)的方向進(jìn)行。

3 結(jié)論

在本次分析外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡影響過程中,我通過課堂中老師所講授的相關(guān)內(nèi)容,對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行觀察和分析,進(jìn)而了解到了相關(guān)外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡的影響,具體為：在化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素方面,當(dāng)其他條件不變時(shí),反應(yīng)物濃度的增加與反應(yīng)溫度的增加能夠加快化學(xué)反應(yīng)速率,而就H2 O2的分解實(shí)驗(yàn)而言,加入催化劑MnO2,也能夠增加其化學(xué)反應(yīng)速率;在化學(xué)平衡影響因素方面,壓強(qiáng)增加,化學(xué)平衡則向氣體分子數(shù)減少的方向進(jìn)行移動(dòng);反之,壓強(qiáng)減小,化學(xué)平衡則向氣體分子增大的方向移動(dòng);溫度升高,會(huì)使化學(xué)平衡向著吸熱反應(yīng)的方向進(jìn)行,溫度降低,會(huì)使化學(xué)平衡向著放熱反應(yīng)的方向進(jìn)行。

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