МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО Череповецкий государственный университет

Факультет ОМ и ЕНД

Кафедра химии

Дисциплина «ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 1

Т Е Р М О Х И М И Я

Составитель: к.х.н., доцент Котенко Г.А.

г. Череповец – 2006 г.

Цель работы: Формирование навыков экспериментального определения тепловых эффектов реакций на примере определения теплоты образования твердого раствора из двух твердых компонентов, теплоты образования кристаллогидрата из безводной соли.

1. Теоретическая часть

Для большинства физико-химических расчетов необходимо знать тепловые эффекты процессов растворения, фазовых превращений и химических реакций. Эти величины можно измерить экспериментально. При температурах близких к комнатной (20 – 25⁰С), широко применяется калориметрический метод.

При калориметрических опытах величина и знак теплового эффекта процесса ΔН определяются по изменению температуры калориметра Δt:

(1)

где m_i – массы исследуемого вещества, калориметра и вспомогательных устройств (мешалки, ампулы, термометра); c_i – удельные теплоемкости исследуемого вещества, калориметра и вспомогательных устройств; с_w – суммарная теплоемкость калориметрической системы.

Уравнение (1) может быть записано:

(2)

где К – константа калориметра, т.е. теплоемкость частей калориметра и вспомогательных устройств, участвующих в теплообмене, Дж/К; c –теплоемкость содержимого калориметра; m – масса содержимого калориметра (растворителя и растворенного вещества); = t₂ – t₁ - изменение температуры процесса, протекающего в условиях отсутствия теплообмена с окружающей средой.

Калориметр с изотермической оболочкой (диатермический) позволяет учесть теплообмен его с окружающей средой, что дает возможность вычислить изменение температуры , соответствующие опыту без теплообмена.

В работе следует определить теплоту образования твердого раствора KCl ∙ KBr из KCl и KBr, а также кристаллогидрата CuSO₄ ∙ 5H₂O из безводной соли CuSO₄. Теплоту образования твердого раствора ΔН_KCl∙KBr из кристаллических компонентов непосредственно в калориметрах обычного типа определить нельзя, т.к. скорость процесса чрезвычайно мала. Однако ΔН_KCl∙KBr можно определить калориметрически косвенным путем. Для этого следует предварительно приготовить твердый раствор при высокой температуре и определить теплоты растворения твердого раствора и механической смеси того же состава.

По закону Гесса:

ΔН_{обр.KCl∙KBr} = ΔН_KCl+KBr - ΔН_KCl∙KBr (3)

Где: ΔН _{обр.KCl∙KBr} - теплота образования твердого раствора из KCl и KBr;

ΔН_KCl∙KBr - теплота растворения твердого раствора;

ΔН_KCl+KBr - теплота растворения механической смеси компонентов KCl и KBr.

Образование кристаллогидрата сульфата меди протекает по уравнению:

CuSO_{4 (тв)} + 5H₂O_(ж) → CuSO₄ ∙ 5H₂O_(тв) + ΔН _CuSO4∙5H2O.

Теплота этого процесса не может быть измерена в калориметре непосредственно, т.к. скорость образования CuSO₄∙5H₂O мала. При образовании устойчивого кристаллогидрата теплоту гидратации можно определить калориметрически. Практически теплоты образования кристаллогидратов определяют по разности теплот растворения безводной соли и кристаллогидрата в большом количестве воды:

ΔН _{обр.CuSO4∙5H2O} = ΔН _CuSO4 - ΔН _CuSO4∙5H2O (4)