Лабораторная работа № 2 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:

Q_V = U₂ - U₁ = U

Для изобарных процессов, где тепловой эффект равен убыли энтальпии системы:

Q_P = H₁ - H₂ = H

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 опреде ленного 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)

	1 – нижний резервуар большого объема для ртути, 2 – капилляр и измерительная шкала, 3 – верхний запасной резервуар, 4 – шкала верхнего резервуара для грубой настройки термометра.
Рис.2. Метастатический термометр Бекмана:

Количество ртути в основном резервуаре А можно изменять путем перевода ртути в трубку В и обратно. Это дает возможность работать с термометром Бекмана при температурах от –90 до +200⁰С.

Таким образом, следует помнить, что шкала такого термометра имеет условный характер.