Лабораторна робота № 16 Основи хімічної термодинаміки програмні питання

1. Деякі основні поняття: система, термодинамічна система, види термодинамічних систем, параметри і функції стану, енергія, теплота і робота.

2. Перший закон термодинаміки, його математичний вираз для закритих і ізольованих термодинамічних систем. Внутрішня енергія і ентальпія.

3. Термохімічні рівняння. Стандартна ентальпія утворення сполук. Закон Гесса і наслідки із закону Гесса.

4. Другий закон термодинаміки, його визначення. Самочинні процеси. Ентропія. Третій постулат термодинаміки. (Уміння розв’язувати приклади на обчислення зміни ентропії при фізико-хімічних перетвореннях).

5. Енергія Гіббса фізико-хімічних процесів. Енергія Гіббса – критерій самочинного протікання хімічних реакцій.

Зразок картки контролю знань

1. Визначіть тепловий ефект реакції при р = const і Т = 298 К:

CH₄(г) + 2PCl₅(г) → 2PCl₃(г) + CH₂Cl₂(р) + 2HCl(г)

Речовина	∆Но298, кДж/моль
СН4	–74,8
PCl5	–369,45
PCl3	–277,0
CH2Cl2	–117,1
HCl	–92,30

2. Зміна ентропії при плавленні титану становить 19,5 Дж/К, теплота плавлення – 18,9 кДж/моль, температура плавлення титану 1938 К. Скільки грамів металу розплавлено?

3. Визначіть вільну енергію Гіббса (∆G⁰) за стандартних умов:

2N₂(г) + 6H₂O(г) ↔ 4NH₃(г) + 3O₂(г)

Речовина	∆Но298, кДж/моль	Sо298, Дж/моль·K
NH3	– 46,2	192,5
О2	0	205,0
N2	0	191,5
H2О	– 241,8	188,7

Хід роботи

16.1 Визначення теплоти нейтралізації

Заповніть бюретку розчином кислоти концентрацією 0,05 моль/дм³ та налийте 10 см³ розчину кислоти у внутрішній стакан калориметра. Кількість речовини (кислоти) в молях, що знаходиться у заданому об’ємі розчину:

n (кислоти) = с (кислоти)  V(кислоти).

n (кислоти) = 0,05 моль/дм³  0,01 дм³ = 5 ·10^-4 моль.

Виміряйте температуру розчину кислоти термометром Т₁ = …К і занесіть результат в табл. 1.1.

За рівнянням реакції n (лугу) має бути вдвічі більшою, а об’єм становитиме:

.

Мірним циліндром відміряйте 20 см³ розчину лугу концентрацією 0,05 моль/дм³. Додайте розчин лугу у стакан з розчином кислоти, перемішайте вміст стакану термометром та зафіксуйте максимальне значення температури, Т₂ = …К і занесіть результат в табл. 1.1.

Після проведення досліду помийте стакан та термометр і виконайте необхідні розрахунки.

Розрахуйте сумарну масу двох розчинів, використавши густину кожного розчину (з довідника) та його об’єм:

m_р-ну = m_{р-ну к-ти} + m_{р-ну лугу} = V_к-ти  ρ_к-ти + V_лугу  ρ_лугу.

Розрахуйте тепловий ефект проведеного процесу нейтралізації ∆Н_х.р., прийнявши теплоємність нейтралізованого розчину такою, як теплоємність води.

∆Н_х.р = m_р-ну·∆Т  с_р,

де с_р– питома теплоємність води, 4,18  10^3 кДж/(г  К).

Тоді:

∆Н_х.р = m_р-ну·∆Т  4,18  10^3 кДж/(г  К).

У відповідності до хімічного рівняння реакції нейтралізації кількість утвореної води співпадає з кількістю лугу, що прореагував, тобто:

n(Н₂О) = n(NaOH).

При утворенні n моль води тепловий ефект складає ∆Н_х.р, кДж; а при утворенні 1 моль води тепловий ефект складає ∆Н_{нейтр. експ.}:

, кДж/моль.

Стандартна ентальпія нейтралізації ∆H°_теор, визначена за стандартних умов, дорівнює - 57,3 кДж/моль.

Розрахуйте абсолютну (∆) та відносну (δ, %) похибки експерименту:

∆ = |∆Н°_теор – ∆Н_{нейтр. експ}|,

.

Таблиця 1.1- Результати експерименту

Vк, см3	ρк, г/см3	Vл, см3	m, г	ρл, г/см3	T1, К	T2, К	ΔT, К	ΔHексп кДж/моль