labs

9.За показами барометра визначити атмосферний тиск повітря в приміщенні лабораторії.

10.Нагріти піч до заданої температуру і провести дослід 2 і т.д..

11.По закінченні роботи вимкнути електричну піч.

1.5.Обробка та аналіз дослідних даних

1.Результати вимірів та їх первинної обробки оформити в, вигляді табл. 1.1.

2.Використовуючи рівняння (1.3), розрахувати lgKp(T)розах. і Kp(T)pозрах. при температурах дослідів

3.Розрахувати рівноважні склади газової фази при температурах дослідів, застосовуючи систему рівнянь

(%CO) (%CO2 ) 100.

Вирішуючи систему відносно зміст оксиду вуглецю, визначають

і потім CO2=100-(%CO).

4.За отриманими даними побудувати залежності "Склад газe (експериментальний і розрахунковий) – температура.

5.Для двох температур (наприклад, Т1 і T2), де розрахунок і експеримент дали найбільш близькі результати, скласти систему рівнянь

Вирішивши цю систему, обчислити постійні А і В, потім розрахувати

Hекспер. =19,08 А(Дж) і Sекспер. =19,08 B(Дж/К).

Отримані експериментальні дані порівняти з їх значеннями, знайденими за (1.3).

6. Пояснити результати дослідів і розрахунків, зробити висновки.

Лист

Зм. Лист № докум. Підпис Дата

Лист

Зм. Лист № докум. Підпис Дата

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №2 РІВНОВАГА РЕАКЦІЙ ДИСОЦІАЦІЇ КАРБОНАТІВ

Мета роботи: дослідити вплив температури на рівновагу реакції дисоціації карбонату кальцію (магнію) в інтервалі 823 ... 1193 К.

Визначити приріст ентальпії та ентропії в результаті протікання реакції дисоціації карбонату.

Використовуючи табличні значення термодинамічних величин, розрахувати константи рівноваги при температурах досліду і зіставити їх з експериментальними значеннями.

2.1. Термодинамічний аналіз реакцій дисоціації хімічних сполук

Термічна дисоціація хімічних сполук отримує значний розвиток у металургійних процесах (дисоціація карбонатів у агломераційному, доменному і сталеплавильному процесах, дисоціація сульфідів при пірометалургійні переробці сірчистих мідних і нікелевих руд, дисоціація вищих оксидів деяких металів та ін.)

При нагріванні хімічних сполук слабшають хімічні зв'язки атомів або атомних груп, що утворять кристалічну решітку. Якщо кінетична енергія їх теплових коливань перевищить енергію хімічного зв'язку, відбувається розпад (термічна дисоціація) з'єднання на атоми чи групи атомів.

Розглянемо закономірності термічної дисоціації хімічних сполук на прикладі реакцій дисоціації карбонатів металів, що описуються рівнянням

де aMeO , aMeCO3 - активності оксиду і карбонату, що відповідають стану

хімічної рівноваги; PCO2 - рівноважний парціальний тиск діоксиду вугле-

цю (пружність дисоціації карбонату), відносних одиниць.

В залежності від взаємної розчинності карбонату та оксиду можливі два варіанти термодинамічних закономірностей процесу дисоціації карбонату.

Варіант 1. MeO і МеСО3 взаємно нерозчинні, тобто є чистими речовинами; в цьому випадку трифазна система згідно з правилом фаз

Лист

Зм. Лист № докум. Підпис Дата

Підставимо (2.3) в рівняння ізотерми хімічної реакції

Графічна залежність PCO2 =f(T) показана на рис. 2.1.

Рис.2.1. Зміна рівноважного парціального тиску діоксиду вуглецю реакції дисоціації карбонату в залежності від температури

Пружність дисоціації карбонату, поряд з вільною енергією Гіббса, є критерієм міцності карбонатів. Чим менше значення PCO2 , тим міцніше

карбонат.

Якщо у вихідній системі міститься діоксид вуглецю, то

лецю в системі менше рівноважного (рис.2.1, область 1). Оскільки

Лист

Зм. Лист № докум. Підпис Дата

(рис.2.1, область 2) то pCO2 >1, ΔGT>0 і при наявності в системі вільного

PCO2

оксиду кальцію буде протікати реакція утворення карбонату.

при певній температурі. Цій умові відповідають точки на кривій рис.2.1. Варіант 2. МeО і МeСО3 - взаємно розчинні. При цьому двофазна система має два ступені свободи. Рівноважний стан визначається двома параметрами: температурою та активністю компонентів роз-

чину, тобто

2.2. Метод дослідження

Для дослідження рівноваги реакції дисоціації карбонату використовується статичний (манометричний) метод, сутність якого полягає у безпосередньому вимірі рівноважного парціального тиску діоксиду вуглецю в замкнутій системі, яке за відсутності в ній інших газоподібних компонентів дорівнює загальній тиску.

2.3. Опис установки

Схема експериментальної установки зображена на рис. 2.2.

Рис.2.2. Схема установки для дослідження хімічного рівноваги реакції дисоціації карбонату

Установка включає в себе замкнуту систему, що складається з реакційної трубки 1, виконаної з кварцового скла, в яку поміщається

Лист

Зм. Лист № докум. Підпис Дата

порцеляновий човник 2 з наважкою карбонату. Трубка 1 з допомогою триходового крана 3 з'єднана з форвакуумним насосом через буферний капіляр 4, з балоном з діоксидом вуглецю з вакуумметром 5. Всередині реакційної трубки 1 трубка 6 з запаяним торцем, вставлена термопара 7, поєднана з потенціометром 8. Трубка 1 встановлена всередині електричної трубчастої печі 9, підключеної до регулятора напруги 10.

2.4. Порядок виконання роботи

Умовні позначення: кр.-кран; кр.З→A-кран 3 переводять у положення А.

1.Завантажити карбонат в човник і помістити всередину реакційної трубки 1 (якщо досвід проводиться повторно, то човник з карбонатом знаходиться в трубці).

2.Створити в системі вакуум. Кр.→А (див. рис.2.2), при цьому реакційну трубку слід з'єднати з форвакуумним насосом. Включити насос і відкачати з системи повітря. Кр.3→Б. Вимкнути насос. Система стає замкненою і герметичною, якщо стрілка вакуумметри залишається нерухомою на досягнутому розрідженні.

3.Включити піч і нагріти реакційний об'єм до 773 К. Регулюючи напругу, температуру підтримувати постійної (можливо автоматичне регулювання температури) до встановлення стану хімічної рівноваги в системі (сталість тиску в системі). Записати свідчення вакуумметри.

4.Збільшуючи силу струму, підвищити температуру в системі до 873 К. Після встановлення стану хімічної рівноваги записати свідчення вакуумметри.

5.Аналогічно вимірювати тиск газу в системі при 923, 973, 1073, 1093, 1113, 1153, 1173 і 1183 К.

6.Заповнити систему діоксидом вуглецю, для чого повільно-кр.З -

Увідкрити вентиль на балоні з СО2.

7.Вимкнути піч.

2.5.Обробка та аналіз дослідних даних

1.Результати вимірювань та первинної обробки дослідних даних оформити у вигляді таблиці 2.1.

діоксиду вуглецю в одиницях градуювання приладу (мм рт.ст., атм.), а потім виразити їх у Паскаля, для чого помножити або на 133 (якщо тиск на приладі виражено в міліметрах ртутного стовпа), або на 98,1 103 (якщо тиск виражено в кілограм-силі на

Лист

Зм. Лист № докум. Підпис Дата

квадратний сантиметр). Відповідні значення PCO2 заносять до граф 4 і 5 таблиці 2.1.

3.По формулі (2.6) обчислити PCO2 (значення заносять у графу 6), по (2.3) Kр(T)експ. і знайти lnKр(T)експ. значення заносять у графи 7 і

9).

A визначають як кутовий коефіцієнт прямої, а постійну B - як відрізок, відсікається цією прямою від осі ординат (з врахуванням знаку).

3, обчислити приріст ентальпії і ентропії для реакцій дисоціації CaCO3 і MgCO3 (розрахункові значення).

7.Співставити експериментальне значення H з розрахунковим, визначити тип (вид) карбонату і записати рівняння реакції його дисоціації і теплової реакції.

8.Проаналізувати отримані результати і зробити висновки по роботі.

Лист

Зм. Лист № докум. Підпис Дата

Таблиця 2.1.

Лист

Зм. Лист № докум. Підпис Дата

Лист

Зм. Лист № докум. Підпис Дата