Зміст роботи

Робота виконується під керівництвом викладача на комп’ютерному тренажері, схема якого приведена на рис. 1.1.

Для експериментів використовують три карбонати: магнію, марганцю й кальцію. У піч поміщають навішення обраного матеріалу і вакуумним насосом відкачують з печі повітря. Після фіксації залишкового тиску (записати) у печі її герметизують (від’єднують від вакуумного насоса). Потім нагрівають до заданої температури. Через деякий час, протягом якого відбувається дисоціація карбонату, у печі встановлюється рівноважний тиск газу.

Рисунок 1.1 – Схема комп’ютерного тренажера

Температуру й рівноважний тиск газу, скорегований на величину залишкового тиску, необхідно записати. Далі можна приступити до проведення досліду з іншою температурою. Для кожного карбонату передбачене проведення дослідів при п'яти температурах.

Закінчивши досліди з одним карбонатом, можна переходити до експериментів з іншим, але для цього необхідно почати всю роботу спочатку.

Проведення досліду

1. Задати умови досліду: вибрати матеріал навішення, кліканням по кнопці у відповідному віконці. При цьому автоматично буде встановлена початкова температура досліду.

2. Кліканням по кнопці (11) "Вкл." включити вакуумний насос.

3. У віконці приладу, що вимірює тиск, спостерігати зміну тиску в печі. Коли тиск перестане змінюватися, записати залишковий тиск і кнопкою (10) "Выкл." завершити відкачку.

4. Відімкнути вакуум-насос від печі закривши кран (13) кліканням по ньому.

5. З кліканням по кнопці (9) "Начать опыт" почнеться нагрівання печі (прилад "Температура в печи") і розкладання карбонату з виділенням газу, що викличе зростання тиску в печі (прилад "Давление").

6. Коли припиниться зміна тиску і температури, потрібно зафіксувати їх значення.

7. У віконці "Задаваемая температура опыта" встановити нове значення температури.

8. Кліканням по кнопці "Провести опыт с другой температурой" почати новий дослід

9. Повторити п. 5-8 для всіх температур, що задаються.

10. Кліканням по кнопці "Закончить работу" повернутися на початкову сторінку.

Розрахунки

Оскільки розкладання карбонату відбувається в замкнутому об'ємі герметичної печі, будемо вважати цей процес таким, що йде при постійному об'ємі, тобто ізохорним.

Для реакції:

МеСО_3(т) = МеО_(т) + СО_2(г); ΔН>0

константа рівноваги дорівнює К_с = Ссо₂ (концентрація CO₂ у моль/л).

З хімічної термодинаміки відомий зв'язок між константою рівноваги ізохорного процесу і зміною вільної енергії: ΔF^о = - RTlnK_c. З іншого боку, по визначенню ΔF^о = ΔU° - TΔS°. Прирівнюючи праві частини, одержимо: ΔU° - TΔS° = - RTlnK_c.

Перетворимо це рівняння до виду:

Це рівняння прямої лінії у = Ах + В у координатах у = ln К_с і х = =1/Т. Тоді , а . Побудуємо графік зазначеної прямої лінії (рис. 1.2), скориставшись експериментальними і розрахунковими даними (див. приклад таблиць і побудови точок графіку нижче).

Для зручності побудови, значення по осі 1/Т множимо на 10000.

З графіку знайдемо спочатку величину А, що являє собою тангенс кута β. Потім, з рівняння у - Ах = В, визначимо В. Після цього, по наведеним вище формулам, визначимо ΔU°, ΔS°, ΔF^о.

Приклад. Речовина - карбонат стронцію.

Таблиця 1.1 – Експериментальні дані Таблиця 1.2 –

Розрахункові дані

Т, К	1/Т	(1/Т)×10000	рсо2, атм		Кс, моль/л	ln Kc
1100	0,00087	8,7	0,0128		0,000136	- 8,9054
1300	0,00077	7,7	0,2170		0,002035	- 6,1975

Рисунок 1.2 – Графік експериментальних даних

У таблиці розрахункових даних , де R = = 0,08206 для випадку розрахунків із СО₂.

Після виконання розрахунків зробити висновок щодо впливу температури на основні термодинамічні характеристики процесу дисоціації карбонатів.