Praktikum_po_termodinamike
.pdf
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
21 |
Д ляо пре де ле нияте пло ты разве де нияраство ра 4 М |
K2CO3 (или 4 М |
NaOH) |
||||||||||||||||||
изо б раж аю т |
со о тве тствую щ ую |
зависимо сть |
те мпе ратуры |
к ало риме тра |
о т |
|||||||||||||||
вре ме ни, нахо дят t2 и вычисляю т |
Нразв: |
|
|
|
t2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
Hразв − =CKC |
|
|
; |
|
|
|
|
|
(9) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
040, |
|
|
|
|
|
|
||
Т е пло ту раство ре нияCaCO3 (или Cu(OH)2, Fe(OH)2, Zn(OH)2) вычисляю тна |
|
|||||||||||||||||||
о сно ве зак о на Ге сса, к о мб инируяте пло вые эффе к ты (3) и (4) (или (3′) и (4)): |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
раств |
=− |
H+ |
|
H |
разв |
H |
|
|
|
(10) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
При фо рмулиро вк е “В ыво до в к |
раб о те ” не о б хо димо о тве титьна три во про са: |
|||||||||||||||||||
1. |
К ак о е сле дствие (или |
сле дствия) |
из зак о на |
Ге сса |
испо льзо вано |
при |
||||||||||||||
по луче нии фо рмулы (10)? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
2. |
К ак о в |
знак |
найде нно й |
те пло ты |
раство ре ния трудно раство римо го |
|||||||||||||||
ве щ е ства? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. Со о тве тствуе тли знак |
Нраств те рмо динамиче ск и не во змо ж но му про це ссу |
|||||||||||||||||||
(В аше мне ние )? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Л ИТЕР АТУ Р А |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
1. |
К урс физиче ск о й химии. |
Т . |
1. |
По д ре д. |
Я .И . |
Ге расимо ва. – |
М |
.: Х имия, |
||||||||||||
1970. – С. 67. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
2. Физиче ск аяхимия. К н. 1. По д ре д. К .С. К расно ва. – М .: В ысш. шк ., 1995. – |
||||||||||||||||||||
С. 382 – 386. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Раб ота 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
О П РЕ Д Е Л Е НИ Е ТЕ П Л О Е М КО С ТИ Ж И Д КИ Х И ТВ Е РД Ы Х В Е Щ Е С ТВ |
||||||||||||||||||||
Д ля мно гих физик о -химиче ск их расче то в не о б хо димо знатьте пло е мк о сть |
||||||||||||||||||||
ве щ е ств, участвую щ их в про це ссе . |
Э ту |
ве личину |
на прак тик е |
изме ряю т в |
||||||||||||||||
спе циальных к ало риме триче ск их о пытах, испо льзуяме то д сме ше ния. |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
ОБЩ АЯ ХАР АК ТЕР ИСТИК А Р АБОТЫ |
|
|
|
|
||||||||||||
Сутьме то да со сто ит в то м, |
что |
два те ла разно й те мпе ратуры, |
приво дят в |
|||||||||||||||||
те рмиче ск ий |
к о нтак т. |
В ре зультате |
те пло о б ме на |
систе ма прихо дит в те пло во е |
||||||||||||||||
равно ве сие , |
при |
к о то ро м те мпе ратуры о б о их те л выравниваю тся. Е сли в это м |
||||||||||||||||||
про це ссе те пло о б ме н с вне шне й сре до й иск лю че н или мо ж е т б ытьучте н, |
то к |
|||||||||||||||||||
про це ссу приме нимо |
уравне ние |
те пло во го б аланса, |
из к о то ро го по |
о пытным |
||||||||||||||||
данным мо ж но о пре де литьте пло е мк о стьиссле дуе мо го те ла. |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
П ОСТАНОВК А ЗАД АЧ И |
|
|
|
|
|||||||||||
Раб о та со сто итиздвух этапо в: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
1. Опре де ле ние |
те пло е мк о сти |
к ало риме триче ск о й |
систе мы |
Ск c |
22
эле к триче ск им ме то до м.
2. Опре де ле ние сре дне й те пло е мк о сти иссле дуе мо го те ла (ве щ е ства) ме то до м сме ше нияв инте рвале те мпе ратур о т15-20 °Сдо 100-110 °С.
М ЕТОД ИК А ВЫ П ОЛ НЕНИЯ Р АБОТЫ
Этап 1. О п ред елени етеп лоемк ости к алори метра элек три ч еск и м метод ом.
Д ляпро ве де нияо пыта со б ираю тустано вк у со гласно рис. 1.
220В |
R |
Б |
А |
6В |
|
||||
|
|
Д |
|
|
С
Н
Рис.1. |
|
|
Принципиальная |
|
|
схе ма |
устано вк и |
для |
о пре де ле ния Ск c: |
К - |
|
к ало риме тр, |
|
|
напо лне нный во до й; R |
||
- |
ре о стат |
для |
ре гулиро вк и ск о ро сти разме шивания; Д - двигате льме шалк и; Б
- |
те рмо ме тр Бе к мана; |
||
С |
- |
се тк а |
для |
иссле дуе мо го те ла; Н -
П ОР ЯД ОК П Р ОВЕД ЕНИЯ ОП Ы ТА
1.В к лю читьме шалк у и изме ритьте мпе ратуру во ды в к ало риме тре о б ычным те рмо ме тро м. Она не до лж на о тличатьсяо тк о мнатно й б о ле е че м на 2 °С.
2.Опуститьв к ало риме тр те рмо ме тр Бе к мана (о писание приве де но в раб о те 1), настро е нный так , что б ы е го по к азанияб ыли ме ж ду де ле ниями 0 и 1.
3. |
В к лю чить нагре вате ль, устано вив |
силу то к а в пре де лах 2-4 А , и |
|||
ре гистриро ватьте мпе ратуру к ало риме тра по |
те рмо ме тру Бе к мана с инте рвало м |
||||
30 с. |
|
по высится на 0,9-1°, пре к ратитьо пыт, вык лю чить |
|||
4. |
К о гда те мпе ратура |
||||
нагре вате льи ме шалк у. |
|
|
|
|
|
На о сно вании по луче нных |
данных |
по стро ить график |
"те мпе ратура в |
||
усло вных градусах t – вре мяτ" (рис. 2). |
|
|
|||
t, усл. град. |
В |
|
|
|
|
|
|
Рис.2. И зме не ние те мпе ратуры к ало риме тра |
|||
|
|
ο |
|||
|
|
при о пре де ле нии е го те пло е мк о сти Ск с: |
|||
|
ο |
|
|||
|
ο |
|
|
|
|
|
ο |
|
|
|
|
А |
ο α |
D |
|
|
|
ο |
|
|
|
|
|
|
|
τ, с |
|
|
|
AD(се к унды)
К о личе ство выде ливше го сяте пла равно (зак о н Д ж о уля-Л е нца): |
|
23 |
|||||||||||||
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
Q=I2Rн |
t (Д ж ) |
|
|
||||||
где I - |
сила то к а в ампе рах, Rн |
- со про тивле ние нагре вате ля в о мах, |
t - вре мя |
||||||||||||
про хо ж де ниято к а в се к ундах. Т е пло е мк о стьк ало риме тра равна |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
С |
= |
Q |
= |
I2R |
н |
= |
I2Rн |
(Д ж /К ). |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
к с |
|
t |
t |
τ |
tgα |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
З де сь |
t - |
изме не ние |
те мпе ратуры |
в о пыте . Сле до вате льно , |
ве личина Ск c |
||||||||||
вычисляе тсяпо нак ло ну линии А В , силе то к а и со про тивле нию нагре вате ля. |
|||||||||||||||
Этап 2. О п ред елени е теп лоемк ости вещ ества (на п ри мере гли цери на). |
|||||||||||||||
На |
аналитиче ск их |
ве сах |
|
взве шиваю т |
к о рк о вую про б к у |
и |
о тде льно |
||||||||
спе циальную к о лб о чк у. |
Напо лняю т к о лб о чк у глице рино м и сно ва взве шиваю т, |
||||||||||||||
по сле че го |
наде ж но зак упо риваю т про б к о й. К |
го рлышк у к о лб ы привязываю т |
|||||||||||||
нитк у (1 м) |
и по две шиваю т в нагре вате льную |
пе чьтак им о б разо м, |
что б ы о на |
нахо диласьна уро вне шарик а ртутно го те рмо ме тра. В к лю чаю т нагре вате льную систе му пе чи, устано вив авто трансфо рмато ро м напряж е ние 100-120 В . Ре гулируя напряж е ние , до б иваю тсяте мпе ратуры пе чи 100 °С. Э то значе ние по дде рж иваю т к ак мо ж но то чне е в те че ние 90 мин.
Вни м а ни е! Э ле к триче ск ий нагре вате льН к ало риме тра в это м о пыте не
испо льзуе тся. |
|
|
|
З ате м: |
|
|
|
1. |
В к лю чаю т ме шалк у и |
записываю т че ре з |
к аж дые 30 с по к азания |
те рмо ме тра Бе к мана1 (к о то рые |
мо гут изме няться |
за сче т те пло о б ме на с |
|
о к руж аю щ е й сре до й и разме шивания) в те че ние приме рно 5 мин. |
|||
2. |
Не пре к ращ аянаб лю де нияза те мпе ратуро й, б ыстро вно сятче ре зниж ню ю |
к рышк у пе чи в се тк у С к ало риме тра к о лб о чк у. К рышк у к ало риме тра пло тно зак рываю т.
3. З аписываю т по к азания те рмо ме тра Бе к мана до |
те х по р, |
по к а |
не |
устано вится е два заме тно е изме не ние те мпе ратуры (0.01 |
К /мин). Об ычно |
это |
|
до стигае тсяче ре з10-20 мин по сле вне се нияте ла в к ало риме тр. |
|
|
|
4. Не вык лю чая ме шалк и и не вынимая те ла из к ало риме тра, |
изме ряю т |
||
те мпе ратуру во ды о б ычным те рмо ме тро м (те мпе ратура в к о нце о пыта tк |
). |
|
|
5. Отк лю чаю тприб о ры. |
|
|
|
ОБОР У Д ОВАНИЕ И Р ЕАК ТИВЫ
К ало риме тр; пе чь-нагре вате льиссле дуе мо го ве щ е ства; выпрямите ль6В -5А ; ампе рме тр на 5А ; ре о стат; те рмо ме тр Бе к мана; два ртутных те рмо ме тра (на 50 и 150 °С); к о лб о чк а на 25 мл с к о рк о во й про б к о й; ве щ е ства (глице рин, гранулиро ванные ме таллы и др.); нитк а.
1 Т е рмо ме тр по -пре ж не му настро е н на ниж ню ю частьшк алы.
24
ОБР АБОТК А Р ЕЗУ Л ЬТАТОВ
Е сли б ы не б ыло те пло о б ме на ме ж ду к ало риме тро м и о к руж аю щ е й сре до й, то изме не ние те мпе ратуры о пре де ляло сьб ы по разно сти те мпе ратур до и по сле
о пыта. Но |
в де йствите льно сти те пло о б ме н все гда наб лю дае тся. Что б ы вве сти |
по правк и |
на те пло о б ме н, к ало риме триче ск ий о пыт де лят на три пе рио да: 1) |
начальный пе рио д, про до лж аю щ ийсяв наше м случае 5 мин; 2) главный пе рио д -
вре мя, в |
те че ние |
к о то ро го в о сно вно м |
про те к ае |
т иссле дуе мый про це сс; 3) |
|
к о не чный |
пе рио д, |
про до лж аю щ ийся е щ е |
о к о ло 10 |
минут. И стинную |
ве личину |
изме не нияте мпе ратуры в о пыте о пре де ляю тграфиче ск и, по t, t - к риво й. |
|||||
По по луче нным то чк ам стро ят t, t - |
зависимо сть, к ак по к азано |
на рис.3, |
|||
выде ляю тна график е главный пе рио д и нахо дяте го се ре дину (t1). |
|
t, |
усл. г рад. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Dο |
|
Рис.3. И зме не ние |
||
3 |
|
|
|
|
|
|
II |
С |
|
ο |
ο |
ο |
ο |
те мпе ратуры в хо де |
|||
|
|
|
|
|
|
F |
∙ |
ο |
|
ο |
|
|
|
к ало риме триче ск о го |
|||
|
|
|
|
|
|
|
ο |
|
|
|
|
|
|
|
|
о пыта: I - начальный |
|
2,5 |
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
III |
|
|
пе рио д; II - главный |
|||
|
|
|
|
ο |
t |
|
|
|
|
|
пе рио д; III - к о не чный |
||||||
|
|
|
|
|
В |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
2 |
|
Аο |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пе рио д; t1 - се ре дина |
|||
ο |
ο |
ο |
|
ο |
|
∙Е |
|
|
|
|
|
|
|
|
главно го пе рио да. |
||
|
|
|
5 |
|
|
|
|
τ∙1 |
|
10 |
|
|
|
|
|
15 τ, ми н |
Э к страпо лируя начальный и |
к о не чный участк и |
к риво й |
(А В |
и СD) |
на |
|
|
|||||||
се ре дину главно го пе рио да, нахо дят изме не ние |
те мпе ратуры: о тре зо к |
EF б уде т |
|
|
||||||||||
раве н Dt. Сре дню ю уде льную те пло е мк о стьглице рина вычисляю тпо фо рмуле : |
|
|
|
|||||||||||
|
|
D = × × - |
+ |
× |
× - |
+ |
× |
× - |
K |
) t t( C m ) t t( |
C |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
2 |
K |
1 1 |
|
|
где Ск c - те пло е мк о стьк ало риме тра, Dt |
- по выше ние |
те мпе ратуры, вычисле нно е |
|
|
||||||||||
по рис.3; m и C - масса и те пло е мк о стьглице рина; m1 и С1 - то ж е дляк о лб о чк и; |
|
|
||||||||||||
m2 и С2 - то ж е |
для про б к и; t - исхо дная те мпе ратура к о лб о чк и с глице рино м |
|
|
|||||||||||
(о к о ло 20 °C); tк |
– те мпе ратура к ало риме тра в к о нце о пыта. Уче сть, что |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
C1 = 0,80 Д ж /г×K (те пло е мк о стьсте к ла); |
|
|
|
|
|
|||||||
В |
|
С2 = 1.80 Д ж /г×K (те пло е мк о стьпро б к и). |
|
|
|
|
|
|||||||
"В ыво дах к раб о те " не о б хо димо ук азатьсле дую щ |
е е : |
|
|
|
|
|
|
|||||||
1. |
К ак о й |
тип к ало риме тра |
испо льзо ван |
в |
насто ящ е й раб о те ? (См. |
|
|
|||||||
"Л ите ратура" - п.[1]). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
2. По че му изме ре нно е значе ние Ск |
c не равно те пло е мк о сти 1к г во ды, залито й |
|
|
вк ало риме тр ( CH2O = 4180 Д ж /к г×K)?
3.Ок ак о й те пло е мк о сти Сиде тре чьсре дне й или истинно й? По че му?
4. Сравните |
по луче нную |
ве личину С |
со справо чным значе ние м. |
(См."Л ите ратура" - |
п.[2]). Найдите |
о тно сите льную |
по гре шно стьизме ре ния (см. |
Прило ж е ние ). |
|
|
|
|
25 |
|
Л ИТЕР АТУ Р А |
1. |
К урс физиче ск о й химии / По д ре д. Я .И . Ге расимо ва. - Т .1 - М .: "Х имия", |
1970. - С.72-73. |
|
2. |
К ратк ий справо чник физик о -химиче ск их ве личин / По д ре д. А .А . Равде ля |
и А .М . По но маре во й. - Л .: "Х имия", 1983.- 232 с.
26
|
РАЗД Е Л II |
|
В ТО РО Е НАЧА Л О ТЕ РМ |
О Д И НА М |
И КИ . ХА РА КТЕ РИ С ТИ ЧЕ С КИ Е |
ФУ НКЦ И И И ТЕ РМ |
О Д И НА М |
И ЧЕ С КИ Е П О ТЕ НЦ И А Л Ы |
В нутре нняя эне ргия (U), энтальпия (H), эне ргия Ге льмго льца (F) и эне ргия Гиб б са (G) это функ ции со сто яния систе мы (те рмо динамиче ск ие по те нциалы). Они име ю т разме рно сть эне ргии. Т е рмо динамиче ск ие по те нциалы являю тся к рите риями направле нияпро це сса: при со о тве тствую щ их по сто янных параме трах минимальные значе ния их о тве чаю т равно ве сию систе мы, при о трицате льных значе ниях про це сс про те к ае тсамо про изво льно , а при по ло ж ите льных значе ниях про це сс не во змо ж е н.
( |
) VS, |
( |
) PS, |
( |
) VT, |
( |
) PT, |
( |
)U,V |
(
(
(
(
(
2 |
) |
VS, > 0 |
¶U |
¶ |
= |
|
2 |
) |
PS, |
> 0 |
¶H |
¶ |
= |
2 |
) VT, |
> 0 |
¶ F |
¶ |
= |
|
2 |
) |
PT, |
> 0 |
¶ G |
¶ |
= |
2 |
) UV, |
< 0 |
¶ S |
¶ |
= |
Е сли те рмо динамиче ск ие функ ции |
пре дставить функ циями е сте стве нных |
|||
пе ре ме нных U = f(S,V); H = f(S,P); F = f(V,T); G = f(P,T), то че ре зк аж дую |
изэтих |
|||
функ ций и их про изво дные |
разных по рядк о в мо ж но выразитьв явно й |
фо рме |
||
лю б о е |
те рмо динамиче ск о е |
сво йство систе мы. По это му ук азанные функ ции |
||
называю тхарак те ристиче ск ими. |
|
|
||
В |
со сто янии равно ве сиясисте мы те рмо динамиче ск ие по те нциалы е е име ю т |
|||
минимально е значе ние при |
по сто янстве |
сво их е сте стве нных пе ре ме нных, а |
энтро пия име е т мак симально е значе ние при по сто янстве внутре нне й эне ргии и
об ъ е ма систе мы.
Дляо пре де ле нияте рмо динамиче ск их по те нциало в (в частно сти, сво б о дно й эне ргии Гиб б са) иде альных и ре альных газо в испо льзую тся уравне ния:
для1 |
мо ляиде ально го газа: |
G = G(T) + RT×lnP |
|
для1 |
мо ляре ально го газа: |
G = G(T) + RT×lnf |
|
По сле дне е уравне ние пре дло ж е но |
Л ью исо м и им ж е |
вве де на функ ция f |
|
ле туче стьили фугитивно сть: |
|
|
|
|
f = g×P; |
lim(f/P) = 1 при P® 0. |
|
З де сьg- к о эффицие нтле туче сти газа. |
|
||
Д ля приб лиж е нно го вычисле ния ле туче сти ре альных |
газо в испо льзую т |
||
ме то д, о сно ванный на принципе со о тве тстве нных со сто яний. |
Со гласно к о то ро му |
27
ряд о динак о вых сво йств, в то м числе и к о эффицие нт ле туче сти различных
ре альных газо в, о к азываю тся равными при о динак о вых значе ниях приве де нно й те мпе ратуры (τ) и приве де нно го давле ния(π): γ = f/P = ϕ(π, τ ).
Приве де нно й |
те мпе ратуро й |
и |
приве де нным |
давле ние м |
называю тся |
||||||
со о тве тстве нно о тно ше ния τ = T / Tк р |
и π = P / Pк р, |
где |
Pк р |
и |
Tк р |
к ритиче ск ие |
|||||
давле ние и те мпе ратура. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Раб ота 1 |
|
|
|
|
|
|
|
||
И ЗМ Е РЕ НИ Е ТЕ М П Е РА ТУ РНО Г О КО ЭФФИ Ц И Е НТА ЭД С |
|
||||||||||
ЭЛ Е КТРО ХИ М |
И ЧЕ С КО Й Ц Е П И И РА С ЧЕ Т ТЕ РМ |
О Д И НА М |
И ЧЕ С КИ Х |
||||||||
|
ФУ НКЦ И Й ХИ М |
И ЧЕ С КО Й РЕ А КЦ И И |
|
|
|
|
|||||
|
ОБЩ АЯ ХАР АК ТЕР ИСТИК А Р АБОТЫ |
|
|
|
|
||||||
Связь ме ж ду |
раб о то й и те пло то й о б ратимо го |
про це сса |
устанавливае тся |
||||||||
уравне ние м Гиб б са-Ге льмго льца [1]: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
= − |
+ (∂ max ∂T)P. A A |
T |
Hmax |
(1) |
|||||
Приме ните льно к |
гальваниче ск им эле ме нтам уравне ние |
(1) записывае тся в |
|||||||||
фо рме : |
|
= − |
|
+ (∂ |
∂T)P.E |
T |
EzF / |
H |
(2) |
||
|
|
|
|||||||||
е сли уче сть, что |
A = zFE, (где zF - к о личе ство |
эле к триче ства, |
про ше дше го |
в |
|||||||
эле ме нте , E е го Э Д С) и выразитьве личину в дж о улях. |
|
|
|
|
|
|
|||||
Уравне ние |
(2) |
мо ж е т б ыть |
испо льзо вано |
для |
расче та о сно вных |
те рмо динамиче ск их функ ций ре ак ции в гальваниче ск о м эле ме нте при изме ре нии Э Д Си е е те мпе ратурно го к о эффицие нта:
эне ргии Гиб б са |
- |
G = zFE, (Д ж /мо ль), |
|
|
|||
(3) |
− |
H = zF[E - T(∂E/∂T)P], (Д ж /мо ль), |
|||||
энтальпии |
|||||||
(4) |
|
S = zF(∂E/∂T)P, (Д ж /мо ль), |
|
||||
энтро пии |
|
|
|||||
|
|
(5) |
|
|
|
|
|
эне ргии Ге льмго льца |
|
F = |
G - P |
V = |
G - |
nRT, |
(Д ж /мо ль), |
(6) |
|
|
|
|
|
|
|
внутре нне й эне ргии |
|
U = |
H - P |
V = |
H - |
nRT, |
(Д ж /мо ль), |
(7) |
|
|
|
|
|
|
|
где V - изме не ние о б ъ е ма, |
n - изме не ние числа мо ле й газо о б разных участник о в |
химиче ск о й ре ак ции.
В раб о те мо ж е тб ытьиспо льзо вана о дна изсле дую щ их эле к тро химиче ск их це пе й:
Zn | ZnSO4(нас.) || CuSO4(нас.) | Cu;
Cd | CdCl2 (нас.) || KCl (нас.) | AgCl,Ag;
28
Cd | CdCl2 (нас.) || PbCl2 (нас.) | Pb;
Pb | PbCl2 (нас.) || KCl (нас.) | AgСl,Ag; Pb | Pb(CH3COO)2 || Cu(CH3COO)2 | Cu.
М о гут б ыть испо льзо ваны и |
другие це пи, со |
ставле нные из о б ратимых |
эле к тро до в, пр едпоч т и т ельно 2-го |
р ода , у к о то ро го |
б о ле е высо к име значе ния |
те мпе ратурно го к о эффицие нта Э Д С.
Т ип по луэле ме нто в, к о нце нтрация раство ро в и те мпе ратуры ук азываю тся пре дварите льно (о б ычно о т20°Сдо 50°С).
|
|
П ОСТАНОВК А ЗАД АЧ И |
|
В раб о те |
о пре де ляю т Э Д С эле к тро химиче ск о й це пи |
и е е те мпе ратурный |
|
к о эффицие нт. |
По |
по луче нным данным рассчитываю т |
те рмо динамиче ск ие |
ве личины G, |
H, |
S, F, U и со по ставляю тих с данными, со де рж ащ имисяв |
|
[2]. |
|
|
|
Раб о та со сто итизэтапо в:
1.Приго то вле ние по луэле ме нто в.
2.По дго то вк а устано вк и дляизме ре нияЭ Д С.
3.И зме ре ние Э Д Сце пи.
4. Расче т те мпе ратурно го к о эффицие нта Э Д С и те рмо динамиче ск их по те нциало в.
ОБОР У Д ОВАНИЕ, Р ЕАК ТИВЫ И М АТЕР ИАЛ Ы .
Ре ак цио нная эле к тро химиче ск ая яче йк а, по луэле ме нты (ук азываю тся пре по давате ле м), во дянаяб аня, цифро во й во льтме тр, те рмо ме тр.
М ЕТОД ИК А ВЫ П ОЛ НЕНИЯ Р АБОТЫ .
Э тап1. Приго то вле ние по луэле ме нто в.
К аж дый по луэле ме нт(рис. 1) пре дставляе тсо б о й ме талличе ск ую пластину
2, по ме щ е нную |
в |
цилиндриче ск ий |
сте к лянный |
со суд |
3, |
со де рж ащ ий |
||||
со о тве тствую щ ий насыщ е нный раство р с о садк о м со ли. |
В низу со суд заглуше н |
|||||||||
к о рк о во й |
про б к о й |
4, |
смо че нно й раство ро м хло ристо го |
к алия. М е талличе ск ую |
||||||
пластину |
пре дварите льно |
зачищ аю т на |
наж дачно й |
б умаге , |
о б е зж ириваю т и |
|||||
про мываю тпо сле до вате льно во до про во дно й и дистиллиро ванно й во до й. |
|
|||||||||
|
Э тап 2. По дго то вк а устано вк и дляизме ре нияЭ Д С. |
|
|
|||||||
Со б ираю тизме рите льную устано вк у из яче йк и, по ме щ е нно й в те рмо стат, |
и |
|||||||||
цифро во го |
во льтме тра |
5 (рис. 1). Я че йк а пре дставляе т |
со б о й |
стак ан |
1, |
29
запо лне нный насыщ е нным раство ро м хло ристо го к алияс по ме щ е нными в не го двумяпо луэле ме нтами (рис.1).
Этап 3. И змерени е ЭД С цеп и .
М е то дик а изме ре ний зак лю чае тсяв сле дую щ е м. Стак ан с по луэле ме нтами
и раство ро м хло ристо го |
к алия по ме щ аю т в во дяную б аню , где по дде рж ивае тся |
заданная те мпе ратура. |
Т е мпе ратуру в яче йк е ме няю т че ре з 5-7 градусо в. |
В ыде рж иваю тяче йк у при к аж до й те мпе ратуре 30-35 мин. Т е мпе ратуру изме ряю т не по сре дстве нно в яче йк е (1). Сле дятза те м, что б ы о садо к со ли в по луэле ме нте не исче зал. В связи с этим не ре к о ме ндуе тсяпро во дитьиссле до ванияпри t>50°С.
И зме ряю т Э Д С це пи с по мо щ ью |
цифро во го во льтме тра |
(наприме р, |
В 7-21) с |
|||
по гре шно стью |
изме ре ния 0,1 |
мВ . И зме ре ния при к аж до й те мпе ратуре |
про во дят |
|||
че ре з к аж дые |
5-10 минут до |
те х по р, по к а |
три по сле дние о тсче та со впадут с |
|||
то чно стью ± 0,5 мВ . По сле дне е |
по к азание |
записываю т. |
З ате м задаю т но во е |
|||
значе ние те мпе ратуры с по мо щ ью те рмо стата. |
|
|
|
V |
5 |
|
|
|
|
|
1 |
Рис.1. Схе ма устано вк и |
|
|
дляпро ве де ния |
|
2 |
эк спе риме нта. |
|
|
|
|
3 |
|
|
4 |
|
KCl (нас) |
|
|
При |
выпо лне нии раб о ты сле дуе т рук о во дство ваться о б щ ими правилами |
|||
о б ращ е ния с эле к триче ск ими приб о рами; о сто ро ж но о пуск ать те рмо ме тр |
в |
|||
яче йк у. |
|
|
|
|
|
|
ОБР АБОТК А Р ЕЗУ Л ЬТАТОВ |
|
|
По |
данным |
изме ре ния Э Д С |
эле к тро химиче ск о й це пи стро ят график |
|
зависимо сти Э Д С |
о т те мпе ратуры, |
к о то рый б уде т пре дставлять линию |
с |
по ло ж ите льным или о трицате льным нак ло но м в зависимо сти о твыб ранно й це пи. Графиче ск и по танге нсу угла нак ло на прямо й о пре де ляю т те мпе ратурный к о эффицие нтЭ Д С(dE/dT) и рассчитываю твсе те рмо динамиче ск ие ве личины по
уравне ниям (3-7). Ре зультаты изме ре ний и расче то в записываю тв таб лицу:
30
Таб ли ц а1
Д анные эк спе риме нта и ре зультаты расче та те рмо динамиче ск их функ ций
t, °C |
T, K |
Э Д С, В |
E/ T, |
G, |
H, |
S, |
U, |
|
|
|
В /град |
Д ж /мо ль |
Д ж /мо ль |
Д ж /(мо ль*К ) |
Д ж /мо ль |
|
|
|
|
|
|
|
|
Про во дят со по ставле ние по луче нных ре зультато в с изве стными в лите ратуре [2], вычисляю т % расхо ж де ния и де лаю т со о тве тствую щ ие выво ды. В ыво д до лж е н о тве чатьпо ставле нно й задаче и со де рж атьо тве ты на во про сы:
1. |
К ак о в |
харак те р те мпе ратурно й |
зависимо сти |
Э Д С |
иссле дуе мо й |
гальваниче ск о й це пи? |
|
|
|
||
2. |
В о змо ж но ли само про изво льно е |
про те к ание химиче ск о го |
про це сса в |
||
выб ранно й систе ме ? Об о снуйте выво д по луче нными ре зультатами. |
|
||||
3. |
К ак о во |
расхо ж де ние (о тно сите льная о шиб к а) |
по луче нных значе ний |
||
те рмо динамиче ск их по те нциало в с те о ре тиче ск ими? |
|
|
ЛИ ТЕ РА ТУ РА
1.Физиче ск аяхимия: Уче б . длявузо в / По д ре д. Стро мб е рга А . Г.- 4 -е изд.,
пе ре раб . и до п. – М .:В ысш. шк ., 2001. – С.97-98, 247-253.
2. Раб ино вич В .А ., Х авин З .Я . К ратк ий химиче ск ий справо чник : Справ. изд. /
По д ре д. А .А .По те хина и А .И .Е фимо ва. - 3-е |
изд., пе ре раб . и до п. - Л .: Х имия, |
|||
1991. -432с. |
|
|
|
|
|
Раб о та 2 |
|
|
|
НА БЛ Ю Д Е НИ Е К РИ Т И ЧЕ СК И Х Я В Л Е НИ Й . И З М Е РЕ НИ Е |
|
|||
К РИ Т И ЧЕ СК ОЙ Т Е М ПЕ РА Т УРЫ РТ УТ НЫ М Т Е РМ ОМ |
Е Т РО |
|||
Е сли нагре ватьж идк о стьв зак рыто м со суде (не по лно стью |
запо лне нно м), то |
|||
пло тно сть ж идк о сти |
б уде т уме ньшаться, а |
пло тно сть пара |
над |
ж идк о стью |
уве личиваться. При |
не к о то ро й те мпе ратуре |
пло тно сть ж идк о сти |
стано вится |
равно й пло тно сти пара (рис.1): в то чк е К исче зае тме ниск , разде ляю щ ий ж идк о сть и пар. Однак о не то льк о пло тно сть, но и все различияме ж ду о б о ими агре гатными
со сто яниями про падаю т. |
При это й те мпе ратуре |
и выше со суд все гда напо лне н |
||
то льк о о дно ро дным ве щ е ство м. Т е мпе ратура tк р |
исче зно ве ния ме ниск а являе тся |
|||
к ритиче ск о й те мпе ратуро й, а давле ние |
в со суде , |
о тве чаю щ е е tк р, называе тся |
||
к ритиче ск им давле ние м. |
|
|
|
|
Пе ре хо д из ж идк о го |
в газо о б разно е |
со сто яние |
про исхо дит по сте пе нно , б е з |
|
разрыва не пре рывно сти, |
в то вре мя к ак |
при к ипе нии это т пе ре хо д про исхо дит |
ск ачк о м. По ме ре приб лиж е нияк к ритиче ск о й те мпе ратуре ск о ро стьуме ньше ния пло тно сти ж идк о сти и уве личе ния пло тно сти пара растут и в то чк е tк р о ни б е ск о не чно ве лик и.