Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Тепловой эффект химической реакции, протекающей при постоянном давлении или постоянном объеме, не зависит от пути реакции, а определяется только состоянием реагентов и продуктов реакции.
Термохимия Термохимия изучает тепловые эффекты химических реакций. Во многих случаях эти реакции протекают при постоянном объеме или постоянном давлении. Из первого закона термодинамики следует, что при этих условиях теплота является функцией состояния. При постоянном объеме теплота равна изменению внутренней энергии: dQV = dU, QV = DU (3.1) а при постоянном давлении - изменению энтальпии: dQP = dH, QP = DH (3.2) Эти равенства в применении к химическим реакциям составляют суть закона Гесса: Лабораторная работа Определение интегральной теплоты растворения соли Задачу калориметрии составляет измерение количества тепла, выделяющегося или поглощающегося при различных физико-химических процессах. Но теплота процесса не всегда является характеристикой для данного процесса, т.к., согласно первому закону термодинамики, она зависит не только от начального и конечного состояния системы, но и от пути перехода системы из одного состояния системы в другое. Если ограничиться такими процессами, при которых единственным видом работы может быть работа против внешнего давления, то теплота процесса будет характерной величиной процесса при двух условиях: для изохорических процессов, где тепловой эффект равен изменению внутренней энергии: QV = U2 - U1 = DU Для изобарных процессов, где тепловой эффект равен убыли энтальпии системы: QP = H1 - H2 = DH При растворении в воде наблюдается либо поглощение, либо выделение тепла. Изучением тепловых процессов, сопровождающихся изменением состояния системы, занимается термохимия. По закону Гесса тепловой эффект реакции зависит только от начального и конечного состояния реагирующих веществ и не зависит от пути перехода от одного состояния к другому. Пользуясь этим законом можно рассчитать тепловой эффект процесса там, где невозможно произвести точное прямое измерение. При растворении вещества в воде протекают одновременно следующие процессы: 1. Разрушение кристаллической решетки вещества. При этом происходит поглощение тепла в количестве равном Q кристаллической решетки. 2. Гидратация ионов, сопровождаемая выделением определенного количества тепла, равного Q гидратации. Теплота растворения соли равна алгебраической сумме тепловых эффектов этих процессов: Q раств = Q крист.реш. + Q гидр Вещества, обладающие прочной кристаллической решеткой и слабо гидратирующиеся в растворе, будут растворяться с поглощением тепла. Вещества с непрочной кристаллической решеткой или образующие в растворе сильно гидратированные ионы, например ионы водорода или гидроксила, будут растворяться с выделением тепла. Теплота растворения, помимо природы растворенного вещества и растворителя, зависит от температуры растворителя и концентрации полученного раствора. Различают интегральную и дифференциальную теплоты растворения. Интегральная теплота растворения – это тепловой эффект растворения одного грамма (удельная) и одного моля (мольная) вещества в определенном количестве растворителя, при данной температуре. Дифференциальная или парциальная теплота растворения – это тепловой эффект, сопровождающий процесс растворения одного моля или одного грамма вещества в настолько большом количестве растворителя определенной концентрации, что изменение ее, вызванное растворением этого количества вещества, можно считать равным нулю. Интегральные теплоты растворения находятся экспериментально, а дифференциальные – методом расчета. Калориметрическая установка Большинство калориметрических измерений сводятся к тому, что процесс проводят в калориметре и наблюдают вызванное этим процессом температуры калориметра. Простейший калориметр с изотермической оболочкой изображен на рис.1. Тефлоновый нетеплопроводный стакан (4) вставлен в оболочку (8) на подставке из материала с малой теплопроводностью. Для уменьшения испарения калориметрической жидкости и для придания всей установке в собранном виде механической жесткости, стакан закрывают крышкой (3). Рис.1. Калориметрическая установка: 1 – мешалка, 2 – воронка для ввода вещества, 3 – крышка, 4 – внутренний стакан, 5 – муфта, 6 – электромотор, 7 – термометр Бекмана, 8 – внешний стакан.
В крышке сделаны отверстия для мешалки, термометра и для ввода соли (2). Для быстрого установления теплового равновесия между всеми частями калориметрической установки и для энергичного смешивания исследуемых веществ используют мешалку (1), приводимую в движение электрическим мотором (6). Изменение температур и хода опыта определяют с помощью термометра Бекмана (7). Вся шкала его охватывает интервал температур в 50 С. Цена наименьшего деления – 0,010С. (Рис.2)
Таким образом, следует помнить, что шкала такого термометра имеет условный характер. Порядок проведения опыта 1. Взять навеску хлорида калия из расчета, что концентрация раствора должна быть 1 моль соли на 200 молей воды (рассчитать mKCl , необходимую для проведения опыта в 400 мл воды). 2. В тефлоновый стакан налить 400 мл дистиллированной воды, закрыть стакан крышкой (7), опустить термометр Бекмана (термометр перед работой настраивает лаборант). 3. Включить мешалку. 4. Через 3 – 4 минуты, при включенной мешалке, когда все части калориметра примут одинаковую температуру и резкого изменения температуры не происходит, проводят измерения температуры через каждые 30 секунд (используя секундомер). Весь опыт делится на три периода: а) предварительный; б) главный – время растворения соли; в) заключительный период. 5. Предварительный период проводят в течение 5 минут, замеряя значения температуры каждые 30 секунд. В это время устанавливается равномерный ход температуры. Сразу после десятого замера через отверстие в крышке калориметра вводят соль и начинается главный период. 6. Главный период длится до тех пор, пока не прекратится падение температуры (измерение температуры производят также каждые 30 секунд). 7. После этого делают еще 10 отсчетов через каждые 30 секунд – заключительный период.
Если из-за быстрого изменения температуры какой-либо отсчет не удалось записать, ставят прочерк, а потом на этом месте указывают среднее значение температур из предыдущего и последующего отсчетов. Если процесс протекает слишком быстро, то в главном периоде допускается запись температур с меньшей точностью, чем в начальном периоде. Результаты опыта заносят в таблицу:
Таблица 2.
Вычисления По найденной величине постоянной калориметра К и величине действительного изменения температуры Dt вычисляют удельную теплоту растворения соли по формуле: , где Q – удельная теплота растворения, m – рассчитанная навеска соли. Для вычисления молярной теплоты растворения соли удельную теплоту умножают на молярный вес соли. Qмол. = Q . Мсоли Сравнить полученное значение интегральной теплоты растворения соли со справочной величиной (Краткий справочник физико-химических величин). Порядок проведения опыта 1. Взять количество соли, указанное в задаче, отвесить на технических весах (указано на банке с задачей). 2. В тефлоновый стакан налить 400 мл дистиллированной воды, закрыть стакан крышкой (7), опустить термометр Бекмана (термометр перед работой настраивает лаборант). 3. Включить мешалку. 4. Через 2-3 минуты, при включенной мешалке, когда все части калориметра примут одинаковую температуру и резкого изменения температуры не происходит, проводят измерения температуры через каждые 30 секунд (используя секундомер). Весь опыт делится на три периода: а) предварительный – в течение 5 минут, замеряют значения температуры каждые 30 секунд. В это время устанавливается равномерный ход температуры. Сразу после десятого замера через отверстие в крышке калориметра вводят соль, и начинается главный период. б) главный – время растворения соли; Главный период длится до тех пор, пока не прекратится падение температуры (измерение температуры производят также каждые 30 секунд). в) заключительный период - делают еще 10 отсчетов через каждые 30 секунд – заключительный период. По найденной величине постоянной калориметра К и величине действительного изменения температуры Dt, которую определяют по графику, вычисляют удельную теплоту растворения соли по формуле: , где Q – удельная теплота растворения, К – постоянная калориметра, (K = Sci . mi,) Dt – изменение температуры, m – навеска неизвестной соли. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Последнее изменение этой страницы: 2019-04-01; Просмотров: 381; Нарушение авторского права страницы Главная | Случайная страница | Обратная связь |