- •1. ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ
- •1.1. Первый закон термодинамики
- •Практическое занятие № 1
- •1.2. Второй закон термодинамики
- •Практическое занятие № 2
- •2. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ
- •Практическое занятие № 3
- •3. ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ И СВОЙСТВА РАСТВОРОВ
- •3.2. Свойства растворов
- •4. ЭЛЕКТРОХИМИЯ
- •4.1. Электропроводность растворов электролитов
- •Практическое занятие № 4
- •4.2. Термодинамическая теория ЭДС
- •Практическое занятие № 5
- •4.3. Электродные процессы, электролиз
- •Практическое занятие № 6
- •5. ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА
- •Практическое занятие № 7
- •ПРИЛОЖЕНИЕ 1
- •ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Министерство образования и науки Российской Федерации |
|
С |
|
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования |
|
«Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)» |
|
В.А. Хомич |
|
б |
|
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И СИСТЕМЫ |
|
А |
Практикум |
Д |
|
И |
|
Омск 2017 |
|
УДК 544
ББК 24.531 Х76
Согласно 436-ФЗ от 29.12.2010 «О защите детей от информации, причиняющей вред их здоровью и развитию» данная продукция маркировке неподлежит.
СибАДИСистемные требования: Intel, 3,4 GHz; 150 Мб; Windows XP/Vista/7; DVD-ROM; 1 Гб свободного места на жестком диске; программа для чтения
Рецензенты:
канд. хим. наук, доц. Л.Н. Котова (ОмГТУ); канд. х м. наук, доц. Л.А. Процкая (МГУТУ им. Разумовского)
Работа утверждена редакционно-издательским советом СибАДИ в качестве
практикума.
Хом ч, Вера Алексеевна.
Х76 Физ ко-х м ческ е процессы и системы [Электронный ресурс] : практикум /
В.А. Хом ч. – Электрон. дан. – Омск : Си |
ДИ, 2017. – URL: http://bek.sibadi.org/ |
|||||||
cgi-bin/irbis64r |
plus/cgiirbis |
64 ft.exe. - Режим доступа: для авторизованных |
||||||
пользователей. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Предназначен |
для |
практических |
и |
лабораторных |
занятий по |
дисциплине |
||
«Физическая и коллоидная химия». Рассматривает основные разделы физической |
||||||||
химии. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Имеет интерактивное оглавление в виде закладок. |
|
|
||||||
Рекомендован |
для |
обучающихся |
всех |
форм |
обучения |
направления |
||
«Техносферная |
безопасность» профилей |
«Защита окружающей |
среды» и |
|||||
«Безопасность техносферных процессов |
производств». |
|
|
|||||
Работа выполнена на кафедре «Техносферная |
экологическая безопасность». |
|||||||
|
|
Текстовое (символьное) издание (4 МБ) |
|
pdf-файлов: Adobe Acrobat Reader; Foxit Reader
Редактор И.Г. Кузнецова
Техническая подготовка Н.В. Кенжалинова Издание первое. Дата подписания к использованию 28.12.2017
Издательско-полиграфический комплекс СибАДИ. 644080, г. Омск, пр. Мира, 5 РИО ИПК СибАДИ. 644080, г. Омск, ул. 2-я Поселковая, 1
© ФГБОУ ВО «СибАДИ», 2017
ВВЕДЕНИЕ
Практикум по дисциплине «Физическая и коллоидная химия» |
||
охватывает материал первой части курса, а именно физической химии, и |
||
включает пять разделов: «Основы химической термодинамики», |
||
С |
|
|
«Химическое равновесие», «Фазовые равновесия и свойства растворов», |
||
«Электрохимия», «Химическая кинетика». |
|
|
Изучен е каждого з пяти разделов проводится на практических и |
||
лабораторных занят ях, учебный материал для которых приведен в |
||
последовательности |
|
|
данном практ куме. |
|
|
Матер ал практ ческого занятия |
изложен |
в следующей |
: краткая теоретическая |
часть, |
необходимая для |
проведен я расчетов; условие задач по соответствующим вариантам |
|||||||
|
лабораторного |
|
|
|
|
||
(всего 20 вар антов); разо ранный пример решения аналогичной задачи с |
|||||||
методическ ми указан ями по ее решению. Справочные таблицы |
|||||||
приведены в пр ложен ях. |
|
|
|
|
|
||
Для |
|
занятия указывается цель лабораторной работы, |
|||||
приводится |
А |
форме |
и |
||||
теоретический |
материал |
в |
краткой |
||||
последовательность её выполнения. Выполненная лабораторная работа |
|||||||
оформляется в виде письменного отчета с последующей защитой. |
|
||||||
Каждый раздел заканчивается задачами для самостоятельного |
|||||||
решения и вопросами к защите практических и лабораторных работ. |
|
||||||
|
|
|
Д |
|
|||
|
|
|
|
И |
3
1. ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ
1.1. Первый закон термодинамики
С |
Практическое занятие № 1 |
|
|
1. Расчеты тепловых эффектов химических реакций |
|
по стандартным энтальпиям образования |
|
ли сгорания химических соединений |
состояния |
|
|
Термох м ческ е уравнения реакций – это уравнения, в которых |
||
около |
с мволов х м ческих соединений указываются |
агрегатные |
|
эт х соед нений или кристаллографическая модификация, в |
|
правой |
бА |
тепловых |
части уравнен я указываются численные значения |
эффектов.
Согласно закону Гесса, тепловой эффект реакции не зависит от промежуточных стад й, а определяется лишь начальным и конечным состояниями с стемы при условии, что давление или объем в течение всего процесса остается неизменным. Математическая формулировка закона Гесса является непосредственным следствием первого начала термодинамики и выражается уравнениями
Qv = ∆U; Qp = ∆H или Q = – ∆U; Q = – ∆H.
v р
Таким образом, тепловой эффектДпри постоянном объеме Qv и
тепловой эффект при постоянном давлении Qр являются функциями состояния, т.е. не зависят от пути процесса.
Из закона Гесса вытекают два следствия:
1) тепловой эффект реакции равен Иразности между суммой энтальпий (теплот) образования продуктов реакции и суммой энтальпий (теплот) образования исходных веществ:
∆H = n∆Hf (продуктов реакции) – n∆Hf (исходных веществ);
2) тепловой эффект реакции равен разности между суммой энтальпий (теплот) сгорания исходных веществ и суммой энтальпий (теплот) сгорания продуктов реакции:
∆H = n∆Hсгор (исходных веществ) – n∆Hсгор (продуктов реакции).
4
Задача 1-1
Вычислить стандартную теплоту образования соединения из простых веществ, если известна его теплота сгорания при Т = 298 К и давлении 1,0133 х 105 Па. Принять, что продукты сгорания – оксиды О2(г), Н2О(ж) и N2. Теплоты сгорания простых веществ:
Сграф + О2 = СО2(г) – 393,795·103 Дж/моль; H2+½О2 = Н2О(ж) – 286,043·103 Дж/моль.
Хим ческ е формулы соединений и величины энтальпий их сгорания пр ведены в табл. 1.1.
|
Вариант |
|
|
|
Таблица 1.1 |
|||
СИсходные данные для расчетов теплоты образования соединений |
||||||||
|
|
оед нен е |
Нсгор·10-3, |
|
Вариант |
Соединение |
Нсгор·10-3, |
|
|
|
|
бА |
Дж/моль |
|
|||
|
|
|
Дж/моль |
|
|
|
|
|
|
1 |
CH4N2О (т) |
-634,749 |
|
11 |
С4Н10 (г) |
-2379,191 |
|
|
|
мочев на |
|
|
|
бутан |
|
|
|
2 |
CH3NО2 (ж) |
-709,278 |
|
12 |
С5Н12О (ж) |
-3323,222 |
|
|
|
нитрометан |
|
|
|
амиловый спирт |
|
|
|
3 |
C2H5NO2 (ж) |
-981,852 |
|
13 |
С6Н6О (т) |
-3024,851 |
|
|
|
гликокол |
|
|
|
фенол |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
С2Н6О2 (ж) |
-1180,315 |
|
Д |
-2862,519 |
|
|
|
14 |
С6Н602 (т) |
|
|||||
|
|
этиленгликоль |
|
|
|
гидрохинон |
|
|
|
5 |
С3Н8О3 (ж) |
-1662,239 |
|
15 |
C6H7N (ж) |
-3398,588 |
|
|
|
глицерин |
|
|
|
анилин |
|
|
|
6 |
C2H7N (ж) |
-1774,229 |
|
16 |
С7Н6О2 (т) |
-3229,014 |
|
|
|
диметиламин |
|
|
|
И |
|
|
|
|
|
|
|
бензойная кислота |
|
|
|
|
7 |
С3Н6О (ж) |
-1787,012 |
|
17 |
C5Н5N (ж) |
-2577,140 |
|
|
|
ацетон |
|
|
|
пиридин |
|
|
|
8 |
С4Н6 (г) |
-2595,647 |
|
18 |
C5H10O2 (ж) |
-2853,859 |
|
|
|
бутадиен-1,2 |
|
|
|
валериановая |
|
|
|
|
|
|
|
|
кислота |
|
|
|
9 |
C3H3N (г) |
-1945,699 |
|
19 |
С7Н8 (ж) |
-3950,769 |
|
|
|
акрилонитрил |
|
|
|
толуол |
|
|
|
10 |
С3Н8О (ж) |
-2011,853 |
|
20 |
С8Н18 (г) |
-5516,163 |
|
|
|
пропиловый |
|
|
|
октан |
|
|
|
|
спирт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5
П р и м е р
Соединение – этиловый спирт. Нсгор·10-3(С2Н5ОН) = –1368 Дж/моль.
С |
|
Решение |
||||
|
|
|
|
|
|
|
Записываем реакцию образования соединения: |
||||||
|
2С + 3Н2 + 1/3О2 = С2Н5ОН + |
|
. |
|
|
|
|
Q |
|||||
Для выч слен я теплоты образования соединения |
|
используем |
||||
Q |
||||||
рующих |
Задача 1-2 |
|||||
второе следств е |
закона Гесса, учитывая стехиометрические |
|||||
коэффиц енты реаг |
веществ в заданном уравнении реакции. |
|||||
|
Н = 2∙ΔН (С) + 3∙ΔН (Н2) – Н (С2Н5ОН); |
|||||
Н = (2∙393,795 + 3∙286,043 – 1368,0) ∙ 103 = –280,31 ∙ 103 Дж/моль. |
||||||
бА |
||||||
|
Q = – Н |
= 280,31∙103 Дж/моль. |
Вычислить тепловые эффекты химических реакций (табл. 1.2) при стандартных условиях по стандартным энтальпиям образования. Значения величин энтальпий о разования веществ приведены в табл. П.1.1, П.1.2.
Таблица 1.2
|
|
|
Д |
|||
|
Уравнения химических реакций для расчетов тепловых эффектов |
|||||
Номер |
|
|
Уравнение реакции |
|
||
варианта |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
2 |
|
1 |
|
4NH3 (г) + 5O2 (г) = 6H2O (г) + 4NO (г) |
|
|||
2 |
|
4HCl (г) + O2 (г) = 2H2O (г) + 2Cl2 (г) |
|
|||
3 |
|
CaCO3 (т) = CaO (т) + CO2 (г) |
|
|||
4 |
|
Магнетит Fe3O4 (т) + H2 (г) = 3FeO (т) + H2O (г) |
|
|||
5 |
|
Ca(OH)2 (т) + CO2 (г) = CaCO3 (т) + H2O (г) |
|
|||
6 |
|
2CO (г) + SO2 (г) = S (т) + 2CO2 (г) |
|
|||
7 |
|
2NO2 (г) + O3 (г) = O2 (г) + N2O5 (г) |
|
|||
8 |
|
CH |
(г) + 2О |
2 |
(г) = СО (г) + 2Н О (г) |
|
9 |
|
4 |
|
И2 2 |
|
|
|
2AgNO3 (т) = 2Ag (т) + 2NO2 (г) + О2 (г) |
|
||||
10 |
|
СО (г) + 3Н2 (г) = СН4 (г) + Н2О (г) |
|
|||
11 |
|
4СО (г) + 2SO2 (г) = S2 (г) + 4СО2 (г) |
|
|||
12 |
|
Н2 (г) + НСОН (г) = СН3ОН (г) |
|
|||
13 |
|
Н2S (г) + CO2 (г) = Н2О (г) + СОS (г) |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
6
|
|
|
Окончание табл. 1.2 |
|
1 |
|
2 |
|
14 |
|
Н2S (г) + СОS (г) = Н2О (г) + СS2 (г) |
|
15 |
|
2Н2S (г) + CO2 (г) = 2Н2О (г) + СS2 (г) |
|
16 |
|
4Н2S (г) + 2SO2 (г) = 4Н2О (г) + 3S2 (г) |
|
17 |
|
CH4 (г) + 2H2S (г) = CS2 (г) + 4Н2 (г) |
|
18 |
|
СН3ОН (г) + СО (г) = СН3СООН (г) |
С |
|
FeO (т) + CO (г) = Fe (т) + СО2 (г) |
|
19 |
|
||
20 |
|
2С10Н8 (т) = С14Н10 (т) (фенантрен) + С6Н6 (г) |
|
|
и |
||
|
|
|
П р и м е р |
Уравнен е х м ческой реакции
Fe2O3 (т) + 3CO (г) = 2Fe (т) + 3CO2 (г).
∆Hf [Fe2OбА3(т)] = –821,32 кДж/моль; ∆Hf [CO (г)] = –110,5 кДж/моль; ∆Hf [Fe (т)] = 0,00 кДж/моль; ∆Hf [CO2 (г)] = –393,51 кДж/моль.
Решение
Согласно первому следствию из закона Гесса, искомый тепловой эффект реакции равен
Н = 2∙∆Hf [Fe (т)] + 3∙∆Hf [CO2 (г)] –∆Hf [Fe2O3(т)] –3∙∆Hf [CO (г)] =
= –3∙393,51 + 821,32 + 3∙110,5 = – 27,71кДж.
2. Расчеты тепловых эффектов химической реакции
при учете их зависимости от температуры
Зависимость теплового эффекта реакции от температуры (при
постоянных давлении или объеме) определяется уравнениями Кирхгофа:
Q |
v |
|
U |
|
|
Qp |
H |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
Cv; |
|
|
|
|
p Cp, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(1) |
||||||
|
|
T |
|
||||||||||
T v |
T |
v |
|
|
p |
T |
|
|
|||||
где С = nC (продуктов) |
– nC (исходныхИвеществ) – разность сумм |
молярных теплоемкостей (Cp или Cv) продуктов реакции и исходных веществ, взятых с учетом стехиометрических коэффициентов.
Эти уравнения дают возможность вычислять тепловые эффекты реакций при любой температуре Т, если известны зависимость теплоемкостей всех реагентов в рассматриваемом интервале температур и тепловой эффект реакции при какой-либо одной температуре.
7
Уравнение Кирхгофа в интегральной форме имеет вид
T2
H2 Н1 CpdT.
T1
Зависимость теплоемкости от температуры Cp= f (T) выражается в
виде одного из двух эмпирических степенных рядов: |
|
|
|
|
|
|||||
|
Cp= a + bT + c'T-2; |
|
|
|
|
|
|
|
||
Отсюда |
Cp= a + bT + cT2. |
|
|
|
|
|
|
(2) |
||
∆Cp= ∆a + ∆bT + ∆cT2 +∆ c'T-2. |
|
|
|
(3) |
||||||
|
|
|
|
|||||||
После подстановки уравнения (3) в уравнение (1) и интегрирования |
||||||||||
справедливо |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
получим зав с мость теплового эффекта от температуры: |
|
|
|
|||||||
|
0 |
+ ∆aT + 1/2∙∆bT |
2 |
+ 1/3∙∆cT |
3 |
–∆ c'T |
-1 |
, |
(4) |
|
СН T = ∆H0 |
|
|
|
|||||||
где ∆H0 – постоянная интегрирования, которая определяется по |
||||||||||
полученному опытному тепловому эффекту при одной какой-либо |
||||||||||
температуре. |
бА |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Уравнен е (4) |
|
только в том интервале температур, для |
||||||||
которого справедл вы эмпирические уравнения (2) для теплоемкостей |
||||||||||
веществ, участвующ х в реакции. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Интегрирование уравнения (1) после подстановки выражения (3) |
||||||||||
можно вывести в интервале температур от Т1 до Т2. При этом получим |
||||||||||
уравнение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∆H2=∆H1+∆a∙(T2 –T1)+1/2∙∆b∙(T22 – T12)+1/3∙∆c∙ (T23– T13)+∆ c'∙(1/ T1 –1/ T2). |
||||||||||
|
|
|
Д |
|
||||||
|
|
Задача 1-3 |
|
|
|
|
|
|
Выразить зависимость теплового эффекта реакции от температуры (табл. 1.3), если известен тепловой эффект этой реакции при Т = 298 К, и уравнение зависимости Сρ = f (Т).
|
|
|
|
Таблица 1.3 |
|
|
Уравнения химических реакций для расчетов тепловых |
||||
|
|
эффектов при заданной температуре |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вариант |
|
Уравнение реакции |
|
Т, К |
|
|
|
|
И |
||
1 |
|
2 |
3 |
|
|
1 |
|
2Н2 + СО = СН3ОН (г) |
|
500 |
|
2 |
|
4НСl + О2 = 2Н2О (г) + 2Cl2 |
|
600 |
|
3 |
|
NH4Cl(т) = NH3 + HC1 |
|
500 |
|
4 |
|
2N2 + 6H2О = 4NH3 + 3О2 |
|
1200 |
|
5 |
|
4NO + 6H2O (г) = 4NH3 + 5О2 |
|
800 |
|
6 |
|
2NО2 = 2NO + О2 |
|
500 |
|
8
|
|
|
|
|
|
|
Окончание табл. 13 |
|||
|
1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
3 |
|
|
7 |
|
|
Mg (ОН)2 = MgO + H2О |
|
|
400 |
|
||
|
8 |
|
|
CaCO3 = CaO + CO2 |
|
|
|
700 |
|
|
|
9 |
|
|
N2О4 = 2NО2 |
|
|
|
400 |
|
|
|
10 |
|
|
Са(ОН)2 = СаО + Н2О (г) |
|
|
350 |
|
||
|
11 |
|
|
0,5S2 + 2H2O (г) = SО2 + 2H2 |
|
900 |
|
|||
|
12 |
|
|
0,5S2 + 2CО2 = SО2 + 2CO |
|
|
800 |
|
||
|
13 |
|
|
2SО2 + О2 = 2SО3 (г) |
|
|
|
600 |
|
|
|
14 |
|
|
SО2 + Cl2 = SО2Cl2(г) |
|
|
|
400 |
|
|
|
15 |
|
|
СО + ЗН2 = СН4 + Н2О (г) |
|
|
900 |
|
||
|
и |
= S2 (г) + 4CО2 |
|
700 |
|
|||||
|
16 |
|
|
4CО + 2SO2 |
|
|
||||
|
17 |
|
|
CO + Cl2 = COCl2 (г) |
|
|
|
400 |
|
|
С |
|
|
|
|
|
|||||
18 |
|
CО2 + H2 = CO + H2О (г) |
|
|
900 |
|
||||
|
19 |
|
|
СО2 + 4Н2 = СН4 + 2Н2О (г) |
|
860 |
|
|||
|
20 |
|
|
2СО2 = 2СО + О2 |
|
|
|
500 |
|
|
|
|
бА |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
П р и м е р |
|
|
|
||
Уравнение реакции 2СН4(г) + СО2(г)= СН3СОСН3(г) + Н2О(г). |
||||||||||
Реакция протекает при 500 К. |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
Решение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д |
|||||
В основе решения – развернутое уравнение Кирхгофа (4): |
|
|||||||||
|
|
0 |
|
|
2 |
|
3 |
-1 |
. |
|
|
|
|
Н T = ∆H0 + ∆aT + 1/2∙∆bT |
|
+ 1/3∙∆cT |
–∆ c'T |
Для определения ∆a, ∆b, ∆c и ∆ c' надо знать зависимость Сρ = f (Т) для каждого из исходных веществ и продуктов реакции:
1.Данные из справочных таблиц (см. таблИ. П.1.1, П.1.2) заносим в табл. 1.4.
2.Находим тепловой эффект реакции при Т = 298 К.2 -2
Н0298 = Н0298(Н2О) + Н0298 (СН3СОСН3) – Н0298 (СО2) –2 Н0298(СН4).
Н0298 = - 241,84 -216,46 +393,51 +2∙74,85 = 84,97 кДж/моль. 3. Находим ∆H0 в общем виде.
Н0T = ∆H298+∆a(T–298)+1/2∙∆b(T2–2982)+1/3∙∆c(T3–2983)–∆ c'(1/Т–1/298).
Принимаем Т= 0 К.
9
∆H0 = ∆H298 –∆a ∙298 + 1/2∙∆b∙(298)2 + 1/3∙∆c∙(298)3 +1/298∙ ∆ c'.
Таблица 1.4
Термохимические величины веществ
С |
|
|
a |
|
b∙103 |
c'∙10-5 |
|
c∙106 |
|
|||
|
|
|
|
Н0298, |
|
|
|
|
||||
|
Вещество |
|
кДж/моль |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дж/моль·К |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н2О |
|
|
-241,84 |
|
30,00 |
10,71 |
0,33 |
|
- |
|
|
|
Н3 О Н3(г) |
|
-216,46 |
|
22,47 |
201,8 |
- |
|
-63,5 |
|
||
|
и |
|
44,14 |
9,04 |
8,53 |
|
- |
|
||||
|
О2 |
|
|
-393,51 |
|
|
|
|||||
|
Н4 |
|
|
-74,85 |
|
17,45 |
60,46 |
- |
|
-1,118 |
|
|
|
4. Наход м ∆a, ∆b, ∆c |
∆ c'. |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
а = Σа (продуктов) – Σа (исходных веществ); |
|
|
|||||||
|
|
а = (30,00 + 22,47 – 44,14 – 2·17,45) = – 26,57 Дж/моль∙К. |
||||||||||
|
|
1/2∙Δb = 1/2∙[Σb (продуктов) – Σb (исходных веществ)]; |
||||||||||
|
1/2∙Δb =1/2(10,71 + 201,80 – 9,04 – 2·60,46) 10-3 = 41,28 ·10-3Дж/моль∙К. |
|||||||||||
|
1/3∙Δс =1/3∙ [Σс (продуктов) – Σс (исходных веществ)]; |
|
|
|||||||||
|
1/3∙Δс = 1/3(–3,50 + 2 ·1,117) ·10-6 = –20,42 ·10-6 Дж/моль ·К; |
|||||||||||
|
|
|
с' = Σс' (продуктов) – Σс' (исходных веществ); |
|
|
|||||||
|
|
|
с' = (0,33 + 8,53) ·105 = 8,86 ·105 ж/моль ·К. |
|
|
|||||||
|
5. Вычисляем ∆H0. |
|
Дж |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
-3 |
2 |
-6 |
3 |
|
5 |
|
|
∆H0 = 84970 +бА26,57·298 – 41,28·10 ·298 + 20,42·10 |
·298 + 8,86 ·10 /298; |
|
|||||||||
|
|
|
|
∆H0 = 92735,87 |
/моль. |
|
|
|
|
|||
|
6. Находим теоретическую зависимость теплового эффекта реакции |
|||||||||||
|
от температуры. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Н0T = 92735,87 – 26,57·Т + 41,28·10-3 ·Т2 – 20,42·10-6 ·Т3 – 8,86 ·105/Т. |
|||||||||||
|
7. Определим тепловой эффект при Т = 500 К. |
|
|
|
|
|||||||
|
|
Н5000 |
= 92735,87 – 26,57·500 + 41,28 ·10-3 ·5002 – |
|
|
|||||||
|
|
– 20,42 ·10-6 ·5003 – 8,86 ·105/500; |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
Н0500= 85446,37 Дж/моль = 85,45 кДж/моль. |
|
|
|||||||
|
8. Определим, насколько при температуреИТ отличается Qp от Qv. |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
Qp – Qv = |
nRT, |
|
|
|
|
|
|
где n – число молей продуктов реакции минус число молей исходных |
|||||||||||
|
веществ в газообразном состоянии, |
n = 2–3 = –1 кмоль. |
|
|
||||||||
|
Qp – Qv = |
nRT = – 8,315∙103∙500 = –4157,5∙103Дж/кмоль. |
|
|
10
Лабораторная работа № 1
Определение теплоты растворения соли
Цели работы: определить константу калориметра и удельную интегральную теплоту растворения соли.
Калориметром, или калориметрической системой, называется прибор, в котором определяют тепловой эффект процесса растворения вещества.
Тепловой эффект, сопровождающий процесс растворения одного |
|||||||
грамма (удельная) ли одного моля (молярная) вещества в определенном |
|||||||
калориметра |
называется |
интегральной |
теплотой |
||||
количестве |
|
раствор теля, |
|||||
Срастворен я. |
|
|
|
|
|
||
Константой калор метра, или теплоемкостью калориметрической |
|||||||
системы, является кол чество тепла, необходимое для нагревания на 1К |
|||||||
|
бА |
|
|
||||
|
|
вспомогательных устройств. |
|
|
|
|
|
Константу калор метра, а затем и интегральную теплоту |
|||||||
растворен я |
|
сследуемой соли определяют по уравнению |
|
|
|||
|
|
Q = [(G + g)·C + K]·(ΔT·M /g), |
|
(5) |
|||
где Q – молярная интегральная теплота |
растворения |
соли, |
Дж/моль; |
||||
G – масса (навеска) воды, г; g - масса (навеска) |
соли, |
г; С – удельная |
|||||
теплоёмкость |
раствора соли, |
равная 4,103 |
ж/г·К |
(теплоёмкость |
|||
разбавленных растворов неорганических солей практически одинакова); |
|||||||
К – константа калориметра, Дж/К; М – молекулярная масса соли, г/моль; |
|||||||
Т – изменение температуры в процессе растворения |
соли, С, |
||||||
определяется графически (рис. 1). |
|
|
|
|
|||
Константу калориметра К рассчитывают из экспериментальных |
|||||||
данных растворения хлорида |
калияДв воде и известного значения |
1.Залить в калориметрический сосуд 150Исм3 дистиллированной
воды.
2.Взвесить на технических весах около 2 г хлорида калия KCl, предварительно тщательно растертого в ступке.
3.Поместить в калориметрический сосуд термометр таким образом, чтобы ртутный резервуар был полностью покрыт водой.
11
T, ºC 18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
16 |
|
|
|
|
F |
|
|||
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
14 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Е |
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
и2 |
4. УстановитьбАпредельную скорость движения мешалки, при которой не происходит разбрызгивания воды.
5. Записывать показания термометра через каждые 30 с. Сделать 10…15 отсчётов. Д
6. Высыпать в калориметрический сосуд через воронку навеску хлорида калия. Температура в процессе растворения KCl сначала падает (главный период), затем начинает расти. С начала равномерного повышения температуры сделать ещё 10…15 отсчётовИ.
7. Построить графическую зависимость изменения температуры от
8. Рассчитать константу калориметра по уравнению (5).
9. Для исследуемой соли (Na2CO3, KNO3 и др.) опыт провести в последовательности с 1-го по 7-й пункты.
10. Вычислить молярную интегральную теплоту растворения исследуемой соли Q.
11. Сравнить экспериментальную величину Q исследуемой соли со справочным значением её величины. Определить абсолютную и относительную ошибки эксперимента. Последняя не должна превышать
20%.
12