Теплоты растворения 1 г соли в 50 мл воды CuSo4 xH2o и ZnSo4 xH2o

Кристаллогидрат	Теплота растворения, Дж/г	Кристаллогидрат	Теплота растворения, Дж/г
CuSO4	417	ZnSO4	478.7
CuSO4·H2O	219	ZnSO4·H2O	234.8
CuSO4·3H2O	70,9	ZnSO4·6H2O	–16.0
CuSO4·5H2O	–46,9	CuSO4·7H2O	–65.6

Пример расчёта

Теплота растворения 3,6 г смеси гидратов CuSO₄ равна 306 Дж. Вычислить процентное содержание воды в образце.

Решение.

1. Теплота растворения одного грамма смеси

По данным о теплотах растворения различных форм гидратов (см. выше) можно предположить, что здесь имеется смесь х г CuSO₄·3H₂O и (3,6 – х) г CuSO₄·H₂O.

2. Определить количество той и другой формы гидратов, содержащихся в 3,6 г смеси, решая уравнение

где Q_x и Q_y – удельные теплоты растворения CuSO₄·3H₂O и CuSO₄·H₂O соответственно, Дж/г, после подстановки значений которых в последнее уравнение оно имеет вид

Решение уравнения приводит к значениям: x = 3,26 г CuSO₄·3H₂O, y = 0,34 г CuSO₄·H₂O

3. Определить число молей воды в навеске; её массу и процентное содержание

,

где М_х и М_у – молярные массы CuSO₄·3H₂O и CuSO₄·H₂O, соответственно; множители у частных равны числу молекул воды в кристаллогидрате.

Содержание воды

Вопросы для самопроверки

1. Первый закон термодинамики, его формулировка, аналитическое выражение.

2. Дайте определения теплоты, работы, внутренней энергии, энтальпии, теплового эффекта реакции.

3. Сформулируйте закон Гесса и его следствия. Что называется стандартными теплотами образования и сгорания?

4. Виды калориметров.

5. Методы нахождения постоянной калориметрической установки.

6. Методы измерения температуры.

7. Устройство термометра Бекмана.

8. Дифференциальная и интегральная теплота растворения, теплота нейтрализации и теплота гидратообразования.

9. Объясните зависимость температуры от времени в ходе калориметрического измерения в случае экзотермического процесса в калориметре.

Задачи

1. При сгорании нафталина в калориметрической бомбе при 298 К с образованием воды и углекислого газа U= –5157,7210⁶ Дж/кмоль. Вычислить тепловой эффект сгорания нафталина при постоянном давлении, если водяной пар, образующийся при сгорании нафталина:

а) конденсируется, б) не конденсируется.

2. Вычислите интегральную теплоту растворения при 298 К одного моля хлорида калия в воде с образованием насыщенного раствора, если теплота разбавления 10 мл насыщенного раствора в 100 мл воды –87,86 Дж. Теплоту растворения для полученного раствора взять из справочника.

3. При нейтрализации 14,88 г 16,7 %-ной соляной кислоты избытком щёлочи температура калориметра повысилась на 1,86 С. Суммарная теплоёмкость калориметрической системы 2218 Дж/К. Теплота разведения кислоты H_разв = –314 Дж. Определить теплоту нейтрализации 1 г и 1 моля кислоты.

Лабораторная работа № 1.2 криометрия Теоретические основы метода

Зависимость химического потенциала от температуры описывается уравнением . Мольная энтропия S_m – величина положительная, поэтому с ростом температуры химический потенциал всегда уменьшается, причём наиболее сильно для газовой фазы. для твёрдой фазы темпы падения наименьшие. Для жидкости это изменение промежуточное (рис.1.2).

П ри равновесии между фазами  и  химические потенциалы _i любого компонента в каждой фазе должны быть одинаковыми. Условие выполняется при температуре фазового перехода. В случае однокомпонентной системы это будут температура затвердевания¹ (или плавления) Т_0(з) и температура кипения Т_0(к) чистого вещества.

Если в жидкости (первый компонент) растворить второй компонент (мольная доля N₂) , то химический потенциал растворителя уменьшится и при мольной доле последнего N₁ станет равным

,

т.е. прямая для химического потенциала сместится на рисунке вниз на величину , если раствор разбавленный. Если растворённое вещество нелетучее и при охлаждении раствора оно не кристаллизуется, а начинают образовываться лишь кристаллы растворителя, то положение графических зависимостей для пара и твёрдой фазы не изменится. Прямая для химического потенциала растворителя в жидкой фазе пересечёт прямые для твёрдой и газовой фаз при других значениях температур. Раствор начнёт кипеть при более высокой температуре Т_(к), а замерзать при более низкой Т_(з).

Из геометрических соотношений следует, что для раствора повышение температуры кипения Т_к = Т_к – Т_0(к) и понижение температуры замерзания Т_з = Т_з –Т_0(з) пропорциональны мольной доле растворённого вещества. Поскольку в разбавленных растворах мольная доля последнего пропорциональна моляльной концентрации, то выполняются соотношения

, (1.4)

, (1.5)

в которых коэффициенты Е и К соответственно эбуллиоскопическая и криоскопическая константы растворителя, зависящие только от его природы. Эти уравнения можно получить также, исходя из закона Рауля для давления р₁ пара растворителя над жидким раствором

,

где – давление пара чистого растворителя при данной температуре.

Применяя уравнение Клаузиуса–Клапейрона к межфазным равновесиям, можно показать, что эбуллиоскопическая и криоскопическая константы равны соответственно

, (1.6)

, (1.7)

где l_исп и l_пл – удельные теплоты испарения и плавления растворителя, соответственно. Криоскопические константы и температуры плавления некоторых растворителей приведены в таблице.

Растворитель	Тпл, К	К
Вода	273,2	1,86
Бензол	278,7	5,07
Нитробензол	278,9	6,9
Фенол	313,2	7,27
Камфара	451,2	40,0

Рассмотренные явления можно использовать в лабораторной практике для определения молярной массы М₂ растворённого вещества‑неэлектролита в растворителях с известными величинами Е и К. Наиболее просто применять криоскопический метод, измеряя понижение температуры начала замерзания раствора, содержащего массу растворителя g₁ и растворённого вещества g₂. Легко получить уравнение

. (1.8)

Сначала с помощью термометра Бекмана определяется температура замерзания растворителя Т_0(з) в процессе его охлаждения (она остаётся постоянной, пока не закристаллизуется весь растворитель). Затем определяется температура начала замерзания раствора Т_(з), когда начинается кристаллизация растворителя. При кристаллизации растворителя выделяется тепло, поэтому скорость падения температуры замедляется, т.е. на кривой охлаждения появляется излом, соответствующий температуре начала кристаллизации. В процессе кристаллизации растворителя концентрация раствора возрастает и понижается температура замерзания.