外界条件对化学反应速率及化学平衡影响实验分析

万 顺

(郑州市第一中学,河南 郑州450000)

0 前言

化学反应速率和化学平衡是高中化学学科学习的重要内容,虽然其内容较为抽象,但相关知识点的联系却较为紧密,逻辑性较强。因此,通过进行相应的化学实验能够进一步帮助了解和掌握影响化学反应速率和化学平衡的外部条件,从而增强对这一知识点的理解能力。

1 外界条件对化学反应速率的影响

1.1 实验原理与用品

影响化学反应速率的外界因素主要包括催化剂、浓度和温度,就同一个化学反应而言,当外界条件发生变化时,其反应速度也发生相应变化。通常,在其它条件不变时,增加温度,反应速率加快;增加反应物浓度,反应速率也随之加快。此外,催化剂的加入也会引起化学反应速率发生变化。为进一步了解外界条件对化学反应速率的影响,我对相关化学实验进行了分析,相关实验用品主要包括了铁架台、双控胶塞、直角导管、弯导管、试管、量筒、乳胶管、水槽以及烧杯和6%的H2O2与颗粒状MnO2。实验装置如图1所示。

1.2 催化剂对化学反应速率的影响

图1 外界条件对化学反应速率影响的实验装置

分别安装两套双氧水的分解装置,在一个装置的试管中加入颗粒状的MnO2,另一套装置不加入MnO2,分别向两装置分液漏斗中注入5ml6%的H2O2,并将两装置分液漏斗的H2O2放在试管中,在2min内观察不同装置试管内的H 2 O2分解情况和量筒中O2的体积。结果发现,加入颗粒状的MnO2的试管内的气泡产生速度较快,且量筒中O2的体积增加速度较快,而未加入MnO2的试管内的气泡产生速度较慢,量筒中O2的体积增加速度也较慢,且所加入的MnO2在反映前后并未发生量的变化。说明,就这一试验而言,催化剂的加入能够促进化学反应速率的增加。

1.3 浓度对化学反应速率的影响

准备三套装置,分别在三套装置的试管内放入少量事先准备好的MnO2,并在三个分液漏斗中依次加入5ml2%、4%和6%的双氧水,将分液漏斗置于试管中,仍然观察2min内不同装置试管所产生的O2的体积。结果发现,2min内,装有6%的双氧水试管所连接的量筒中氧气的体积最大,4%双氧水次之,最后是2%的双氧水。从这一试验我了解到,在其他条件不变时,反应物浓度的增加能够促进化学反应速率提升。

1.4 温度对化学反应速率的影响

安装两套装置,并在其中试管内各放入少量颗粒状MnO2,将5ml6%的双氧水注入到两装置的分液漏斗中,在其中一套装置的试管外放一个300ml烧杯,相其中注入40℃150ml的自来水进行水浴,并将双氧水分别置于两试管中加热,观察2min内两装置产生的氧气体积。结果发现,经水浴的装置中,O2的体积较多。由此,我得到以下结论,即当其他条件不变时,温度的上升能够使化学反应速率也相应增加。

2 外界条件对化学平衡的影响

2.1 压强对化学平衡的影响

首先,经过老师讲解,了解压强对化学平衡影响的实验原理,即,压强的变化只会对气体参加且在反映前后气体分子数不同的化学反应的化学平衡产生影响,其影响方式是,压强增加,化学平衡则向气体分子数减少的方向进行移动;反之,压强减小,化学平衡则向气体分子增大的方向移动。其次,准备实验用品,具体包括100ml注射器、胶塞、打孔器、大理石、集气瓶以及浓度为4mol/l的HCl、NO2和Br2。最后,进行实验操作和观察。具体方法为：(1)用注射器在胶塞上打一个半截小孔,并在注射器中放入大理石与4mol/l的HCl,将内观推进并将细管插入打好的胶塞半截孔中,而后,向外抽内观,我观察到反应过程中有大量的气体产生(CO2)且反应速度很快,而在将内管向内推压时,反应速度则较慢;(2)事先准备好容积两桶的两个集气瓶,两集气瓶内分别充满NO2和Br2蒸汽,将充满NO2的集气瓶上扣上一个同集气瓶容积相同的空集气瓶,结果发现,瓶中的颜色并未变浅;同样方法对装满Br2蒸汽的集气瓶进行处理,则发现颜色变浅。由此,我进一步了解了压强对化学平衡的影响,即压强增加,化学平衡则向气体分子数减少的方向进行移动;反之,压强减小,化学平衡则向气体分子增大的方向移动。

2.2 温度对化学平衡的影响

首先,通过课堂听讲我了解到化学平衡是一种动态平衡,如果改变影响平衡的某一因素,则平衡便会向着能够减弱这种改变的方向移动。因此,对于已达到化学平衡的体系,升温将有利于吸热反应进行,而降温则有利于放热反应的进行。此外,在室温下,NO2和N2O4的混合物为红棕色(其中,NO2为红棕色,N2O4无色),降低温度,颜色变浅,升高温度,颜色变深。其次,准备实验用品,主要包括20×200的硬质试管、200ml的烧杯、酒精灯、铁架台和64cm的直玻璃导管、Pb(NO3)2硝酸铅晶体、冰、开水和砂子。最后,进行实验操作和观察。通过观察老师所做实验,将相关操作进行如下总结：先将长度为64cm的直玻璃导管弯曲成3V形状,并取2gPb(NO3)2硝酸铅晶体和等体积的砂子均匀混合,将其放入带导气管的硬质试管中,并将试管固定在铁架台上,关口略向下倾斜,加热试管,将分解产物中产生的NO2和O2的混合气体通入弯好的3V玻璃导管中,并将导管两端堵死,而导管内混合气体中的O2不会干扰NO2和N2O4的平衡,因此,可不除去产生的O2。在三个烧杯中分别加入沸水、自来水和冰水混合物,而后,将3V导管的三个凸形部分分别插入烧杯当中,结果发现,凸形部分内的气体颜色依次由深到浅,即产生的NO2浓度由高到低,进一步验证了老师教导的上述实验原理。结果表明,温度升高,会使化学平衡向着吸热反应的方向进行,温度降低,会使化学平衡向着放热反应的方向进行。

3 结论

在本次分析外界条件对化学反应速率和化学平衡影响过程中,我通过课堂中老师所讲授的相关内容,对相关实验操作进行观察和分析,进而了解到了相关外界条件对化学反应速率与化学平衡的影响,具体为：在化学反应速率的影响因素方面,当其他条件不变时,反应物浓度的增加与反应温度的增加能够加快化学反应速率,而就H2 O2的分解实验而言,加入催化剂MnO2,也能够增加其化学反应速率;在化学平衡影响因素方面,压强增加,化学平衡则向气体分子数减少的方向进行移动;反之,压强减小,化学平衡则向气体分子增大的方向移动;温度升高,会使化学平衡向着吸热反应的方向进行,温度降低,会使化学平衡向着放热反应的方向进行。

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