Prtakt_fiz_him-och

= Нoс СН4 ( Нoс С + 2 Нoс Н2) =

= 890,31 [ 393,51 + 2( 285,84)] = +74,88 кДж.

Так как эта величина положительна, реакция является эндотермической.

= 74,88 + 0,03 202 = +80,94 кДж.

21

5. Расчет Aоr.

Задача 2 . Вычислите тепловое значение калориметра, если при рас-

творении 1,898 г хлорида калия наблюдается снижение температуры на

2,5оС, а Н растворения КСl равна 17,47 кДж/моль.

Решение. Тепловое значение калориметра рассчитывается по урав-

нению

где НКСl – энтальпия (теплота) растворения КСl, n - количество вещества

2,5

Задача 3. Вычислите теплоту нейтрализации 15 мл 1М раствора НСl

таким же объѐмом 1М раствора NaOH, если в калориметре отмечено при

22

этом повышение температуры на 4,7о. Тепловое значение калориметра равно 0,178 кДж/град.

Решение.

В 15 мл 1М раствора соляной кислоты содержится n = 0,015 моль

HCl. Поэтому ( см. задачу 3)

–0,1782 4,7

0,015

Задача 4. Вычислите при стандартных условиях 1) тепловой эффект, 2)

изменение энтропии, 3) константу равновесия и 4) теоретический выход продуктов равновесной реакции

Так как реакция идет без изменения числа молей и без участия газооб-

разных веществ Кр = Кс.

23

4)В случае (а) при равновесии образуется х молей эфира и х молей воды;

при этом остается (2 х) моля спирта и (2 х) моля кислоты. Следова-

Задача 6. Вычислите изменение энтропии при испарении 0,18 кг во-

ды при 100оС. Теплота испарения воды равна 40660 Дж/моль.

24

Решение. При изотермических условиях S = nQ/Т , где n - количе-

ство вещества в молях, Т - температура в кельвинах. 0,18 кг воды соответ-

ствуют 10 молям. Значит

S = 10 40660/373 = 1090,08 Дж/К.

Задачи для самостоятельного решения

Задача 1. На испарение некоторого количества воды требуется за-

тратить 10,01 кДж энергии. При этом работа расширения пара составляет

0,32 кДж. Рассчитайте, сколько воды (в молях) подвергается испарению и каково при этом изменение внутренней энергии системы.

Ответ: 0,246 моля; 9,69 кДж.

Задача 2. Рассчитайте мольную теплоту (энтальпию) образования этанола из простых веществ по реакции:

2С (т) + 3Н2 (г) + 5О2 (г) = С2Н5ОН (ж) + Ноf ,

используя данные о стандартных теплотах сгорания веществ, участвую-

щих в реакции.

Ответ: — 277,57 кДж/моль.

Задача 3. Рассчитайте тепловой эффект реакции образования метана из простых веществ при постоянном объѐме, если при постоянном давле-

нии он равен 74,85 кДж/моль.

25

Ответ: 77,327 кДж/моль.

Задача 4. С помощью стандартных теплот образования веществ вы-

числите тепловой эффект, изменение энергии Гиббса и константу равновесия Кр реакции С2Н5ОН(г) = С2Н4(г) + Н2О(г) при температуре 298 К.

Задача 5. Рассчитайте изменение энтропии в процессах: а) нагрева-

ния 108 г воды от 20оС до 100оС, б) испарения воды при кипении при

100оС, в) нагревания пара до 120оС и г) суммарное изменение энтропии.

Средняя теплоѐмкость Ср: жидкой воды 75,31, пара 33,56 Дж/моль К;

теплота испарения воды Нисп 40660 Дж/моль; мольная энтропия So: жид-

кой воды 69,96, пара 188,74 Дж/моль К.

Ответ: а) 482,98; б) 606,0; в) 1059,14; г) 2148,12 Дж/К.

Задача 6. Константа равновесия реакции СН3СООН + С2Н5ОН СН3СООС2Н5 + Н2О

при 25оС равна 4. Рассчитайте равновесный выход этилацетата и воды (в

молях), если в реакцию введены1 моль уксусной кислоты и 2 моля этанола.

Ответ: по 0,845 моля.

26

Задача 7. Константа равновесия Кр реакции 2HBr = H2 + Br2 при

1100К равна 1,39 10 3. Рассчитайте равновесный выход продуктов реакции

(в молях), если в реакцию вступает 1,5 моля HBr.

Ответ: по 0,054 моля.

27

РАБОТА 1.1.

Определение теплоты растворения соли

Цель занятия: Определение интегральной теплоты растворения и теплоты гидратации соли.

Целевые задачи: Овладение калориметрическим методом, графиче-

ское определение изменения температуры в ходе опыта, расчет термохи-

мических характеристик процесса, выяснение прикладных возможностей калориметрии.

Оснащение рабочего места.

Проведение опыта.

1.Проверить оснащение рабочего места.

2.При участии преподавателя или лаборанта собрать калориметрическую установку.

3.Провести эксперимент для определения теплового значения калориметра.

Для этого:

отмерить в химический стакан 30 мл дистиллированной воды; из стакана примерно 25 мл отлить в калориметрический сосуд (через воронку);

стакан с оставшимися 5 мл воды поставить на магнитную мешалку рядом с калориметром, чтобы температура воды не отличалась от таковой в калориметрическом сосуде;

28

через воронку опустить в калориметрический сосуд чисто вымытый магнитный стержень (якорь), включить магнитную мешалку и отрегулировать скорость еѐ вращения по указанию преподавателя;

через 10 минут после включения мешалки начать измерение температуры чистой воды и записывать ее каждые 30 секунд в течение 5 минут (всего 10 отсчетов); за указанный период времени температура должна стать постоянной (не изменяться);

после десятого отсчета следует внести в калориметрический сосуд точную навеску хлорида калия (масса указана на пакетике с солью); приставшие к воронке кристаллики соли смыть 5 мл воды из стакана; сразу измерить температуру и продолжать отсчет температуры с интервалом 30 секунд до окончания понижения температуры (главный период начинается с первого значения температуры ниже исходного и заканчивается первым значением температуры выше предыдущего);

после начала повышения температуры провести еще 10 отсчетов каждые 30 секунд по термометру (заключительный период) и выключить магнитную мешалку; разобрать калориметр, промыть сосуд дистиллированной водой и снова собрать прибор для выполнения второй части опыта;

занести все данные в таблицу и построить по ним график (см. рис. ниже).

4. Определить по графику ТKCl. Для этого провести вертикальную линию через точку, соответствующую середине главного периода, и экстраполировать до пересечения с ней усредняющие линии главного и заключительного периодов (см. рис.). Длина отрезка, отсекаемого при этом от вертикали, равна Т=Т1-Т2. Рассчитать тепловое значение калориметра по уравнению:

ТKCl

где: HKCl – мольная интегральная теплота растворения KCl (справочное значение для моляльной концентрации образующегося раствора хлорида

калия), nKCl - количество KCl в молях (nKCl = mKCl/MKCl, mKCl - масса в г, МKCl - молярная масса).

5.Получить у преподавателя навеску исследуемой соли (обычно KBr или KI).

6.Для определения теплоты еѐ растворения провести эксперимент аналогич-

Примечание: если в ходе опыта температура понижается, величине Т приписывается знак «минус», если повышается - «плюс». Поэтому Т1 – это меньшее значение температуры.

но п.3. и записать результаты измерения.

29

ВНИМАНИЕ! Во избежание потери магнитного стержня раствор из калориметра следует выливать в кристаллизатор, а не в раковину!

7. Рассчитать теплоту растворения исследуемой соли по уравнению:

Hp-я = w Tс/nс

где: w – постоянная калориметра, вычисленная ранее; Tс – изменение температуры при растворении исследуемой соли nс - количество исследуемой соли в молях.

1. Предварительный период.

2. Главный период.

3. Заключительный период.

30