Název: Chemicá rovnováha II Autor: Mgr. Štěpán Miča Název šoly: Gymnázium Jana Nerudy, šola hl. města Prahy Předmět, mezipředmětové vztahy: chemie, fyzia Roční: 6. Tématicý cele: Chemicá rovnováha (fyziální a obecná chemie), omplexní sloučeniny Stručná anotace: Pracovní list je sestaven ta, aby mohl být použit i ve šole, terá nemá potřebné vybavení. Vešeré experimenty jsou zdoumentovány a mohou být žáům promítnuty během běžné vyučovací hodiny, nebo je žáci mohou provádět samostatně v laboratoři. Časová dotace: Teoreticá příprava je oncipována na 10 minut, vlastní provedení experimentu na 5 minut, následná disuze 10 minut. Tento výuový materiál byl vytvořen v rámci projetu Přírodní vědy praticy a v souvislostech inovace výuy přírodovědných předmětů na Gymnáziu Jana Nerudy (číslo projetu CZ..17/3.1.00/36047) financovaného z Operačního programu Praha - Adaptabilita.
Teorie Dlouhou dobu se předpoládalo, že chemicé reace probíhají zcela, tedy že se vešeré reatanty přemění na produty. Sutečnost je vša jiná. Např. Syntéza amoniau probíhá dle reace: N + 3 H NH 3 Tato reace je charaterizována rychlostí reace, pro terou platí v 1 = 1 c(n ) c(h ) 3 *, de v je rychlost reace, 1 je rychlostní onstanta, c jsou oamžité oncentrace reatantů. Zároveň vša probíhá reace opačná, tedy: NH 3 N + 3 H Pro terou rovněž platí rychlostní rovnice ve tvaru v = c(nh 3 ). Postupem času se systém dostane do (termodynamicé) rovnováhy, obě reace budou probíhat stejnou rychlostí v 1 = v a oncentrace reatantů a produtů budou onstantní. Můžeme tedy psát: N + 3 H NH 3 v 1 = v 1 c(n ) c(h ) 3 = c(nh 3 ) 1 = c( NH 3) c( N ) c( H ) 3 K = 1 Kde K je termodynamicá rovnovážná onstanta**, terá charaterizuje daný systém za dané teploty. *Obecně má rychlostní rovnice pro reace aa + bb cc tvar v = c(a) α c(b) β, de α, β jsou dílčí řády reace, teré jsou pro jednoduché systémy stejné jao stechiometricé oeficienty. Pro podrobnější informace doporučuji uvedenou literaturu. ** Rovnovážná onstanta je ve fyziální chemii odvozuje na záladě Gibsovy energie a ativit jednotlivých slože, ale pro jednoduchost je uvedeno snazší odvození. Výsledy pracovního listu Úol č. 1: Po přídavu yseliny se zvýšila oncentrace oxoniových iontů (produt) a posunu rovnováhy ve směru produtů, tedy došlo e změně barvy ze žluté na oranžovou. Následným přidáním hydroxidu došlo posunu rovnováhy opačným směrem, tedy rozto opět zežloutl.
Disuze Úol č. 3: Rovnováhu lze romě přídavu reatantů či produtů ovlivnit napřílad změnou teploty. Rovnovážná onstanta K je funcí teploty a obecné platí že zvýšením teploty se podpoří endotermní reace, snížením reace exotermní. Další způsob je změna tlau, terá má význam především pro reace v plynné fází. Zvýšením tlau se rovnováha posune ve směru s nižším objemem reační směsi. Např. rovnováha pro syntézu amoniau se zvýšením posune ve směru produtů (4 moly plynu vs moly plynu). Pozor! Katalyzátor neovlivňuje chemicou rovnováhu, neboť vede reaci jinou reační cestou. Další apliace, možnosti, rozšíření, zajímavosti, Pracovní list je možné doplnit o chemii sloučenin chromu. NEZREAGOVANÝ CHROMAN/DICHROMAN JE NUTNÉ REDUKOVAT NA CHROMITOU SŮL REAKCÍ SE SIŘIČITANEM V KYSELÉM PROSTŘEDÍ A AŽ POTÉ VYLÍT. Video doumentace Video 1: Reace obaltnatých ationtů s chloridovými anionty Video : Rovnováha chroman/dichroman Zdroje: ATKINS, P., DE PAULA, J.: Fyziální chemie,1. vydání, Praha: VŠCHT Praha, 013. MAREČEK, A., HONZA, J.: Chemie pro čtyřletá gymnázia 1. díl, 3. vydání, Olomouc: Naladatelství Olomouc, 00. NOVÁK, J. a ol.: Fyziální chemie, baalářsý a magistersý urz, Praha: VŠCHT Praha, 008.
Pracovní list pro žáa Chemicá rovnováha II Laboratorní práce číslo:. Jméno Třída Datum Chemiálie Teorie Le Chatelierův princip je chemicou obdobou známého třetího Newtonova záona (záon ace a reace). Poud do systému, terý je v rovnováze, přidáme něterou ze slože, systém se zachová ta, aby tuto změnu oncentrace eliminoval a vrátil se zpět do rovnovážného stavu. Tento princip si uážeme na reaci obaltnatých iontů s chloridovými anionty (viz Video 1), terá probíhá dle následující rovnice: [Co(H O) 6 ] + + 4Cl - [CoCl 4 ] - + 6 H O Vodný rozto obaltnatých iontů je růžový. Po přidání yseliny chlorovodíové dojde e změně oordinační sloučeniny obaltu a vnine tetrachloroobaltnatý anion, terý je modrý. Přídavem vody (produt) se rovnováha posune ve směru reatantů a dojde e zrůžovění roztou, následným přídavem yseliny chlorovodíové (reatant) dojde zmodrání roztou a posunutí rovnováhy ve směru produtů. Experimentální část Tento princip si praticy uážeme na reaci chromanových a dichromanových iontů, terá ve vodném prostředí probíhá dle následující rovnice: CrO 4 - + H 3 O + Cr O 7 - + 3 H O Rozto chromanových aniontů je žlutý, rozto dichromanových iontů je oranžový. Chemiálie Chroman draselný, dichroman draselný, voda, 10% rozto yseliny sírové, 10% rozto hydroxidu sodného Pomůcy Kádiny, zumavy, apáto.
Úol č. 1: Předpovězte chování (změnu zabarvení) systému po přídavu yseliny sírové? Předpověď: Pozorování: Vysvětlení: Úol č. : Předpovězte chování (změnu zabarvení) systému po následném přidání roztou hydroxidu? Předpověď: Pozorování: Vysvětlení: Úol č. 3: Navrhněte, jaým jiným způsobem lze ovlivnit chemicou rovnováhu. Postup práce Připravte 5% rozto chromanu draselného a poznamenejte si jeho barvu. ml tohoto roztou odlijte do zumavy a apátem opatrně přidávejte 10% rozto yseliny sírové. Pozorujte změnu zabarvení. Odlijte opatrně ml oyseleného roztou do čisté zumavy a apátem přidávejte 10% rozto hydroxidu sodného. Pozorujte zabarvení.