- •Департамент кадров и учебных заведений
- •Методические указания
- •Подписано в печать . Формат 60х90 1/16.
- •Определение эквивалента и эквивалентной массы металла по водороду
- •Определение тепловых эффектов химических реакций
- •Скорость химических реакций. Химическое равновесие
- •Растворы. Определение концентрации раствора.
- •Описание прибора:
- •Ход работы:
- •Форма записи:
- •Форма записи:
- •Формулы для расчета.
- •Электролитическая диссоциация. Реакции ионного обмена
- •Водородный показатель. Гидролиз солей
- •2. Гидролиз солей
- •Окислительно-восстановительные реакции
- •Классификация овр:
- •Гальванические элементы
- •Описание прибора
- •Электролиз
- •Химические свойства металлов
- •Коррозия металлов и борьба с ней
- •Определение временной и общей жесткости воды
- •Реактивы, посуда, оборудование
Определение тепловых эффектов химических реакций
Цель работы: определить опытным путем тепловые эффекты процессов растворения из полученных данных, пользуясь законом Гесса, рассчитать теплоты гидратации солей.
Теоретическая часть.
Все химические реакции сопровождаются выделением или поглощением энергии, чаще всего в виде тепла Количество последней может быть измерено и выражено в единицах энергии (Дж, кал и т.д.)
Разница первоначального и конечного уровней энергии системы представляет собой энергетический эффект или изменение энтальпии реакции, который обозначается ΔНr.
При экзотермических реакциях система с большим запасом энергии переходит в состояние с меньшим запасом энергии. Такие реакции сопровождаются выделением тепла, и их тепловой эффект считается отрицательным (ΔНr <0).
При эндотермических реакциях, наоборот, система с меньшим запасом энергии переходит в состояние с более высоким запасом энергии. Такие реакции сопровождаются поглощением тепла, и их тепловой эффект принято считать положительным (ΔНr >0).
Для термохимических расчетов большое значение имеют величины энтальпий образования веществ.
Под энтальпией образования вещества понимается изменение энтальпии реакции образования одного моля сложного вещества из простых веществ, например:
+90,4 кДж/моль;
Верхний и нижний индексы при ΔН указывают на то, что энтальпия образования приведена к стандартным условиям (давление 101325 Па или 1 атм и температура 298 К или 250 С).
Значения энтальпий образования веществ приведены в таблицах термодинамических потенциалов.
Термохимические расчеты основаны на использовании закона Гесса и вытекающих из него следствий:
1. Тепловой эффект химического процесса равен сумме тепловых эффектов всех промежуточных стадий процесса.
Например, процесс получения двуокиси углерода из угля и кислорода может быть проведен в одну стадию:
С(т) + О2(г) = СО2(г) ΔНr = -94 ккал
Но этот же процесс можно провести в две стадии:
С(т) + 1/2 О2(г) -= СО(г) ΔНr = -26,4 ккал
CO(г) + 1/2O2(г) = CO2(г) ΔНr =-67,6 ккал
Согласно закону Гесса, сумма тепловых эффектов двух последних реакций должна равняться тепловому эффекту первой реакции, что и наблюдается в действительности: {-26,4-67,6 = -94 (ккал)}.
2. Тепловой эффект химической реакции равен разности теплот образования конечных и исходных участников реакции, умноженных на их стехиометрические коэффициенты (т.e. коэффициенты перед формулами данных веществ в уравнении реакции).
Например, реакция горения пропана протекает по схеме:
С3Н8(г) + 5Ог(г) = ЗСО2(г) + 4Н2О(г)
Теплоты образования исоответственно равны -103,8; -393,6 и-241,9 кДж/моль.
Тепловой эффект реакции горения С3Н8(г) рассчитывается по формуле:
Практическая часть
Методика проведения опытов:
Для определения тепловых эффектов процессов, протекающих в водных растворах, используют простейший калориметр, приведенный на рис 2.1.
Рис.2.1. Схема калориметра:
1 - внешний стакан калориметра; 2 -внутренний стакан калориметра, 3 - теплоизолирующая прокладка; 4-термометр; 5 - мешалка.
Так как слой воздуха, находящийся между стенками внешнего и внутреннего стаканов калориметра, является хорошим теплоизолятором, то все тепло, выделяющееся (или поглощающееся) в результате протекания реакции, идет на нагревание (или охлаждение) реакционной смеси и внутреннего стакана калориметра. Экспериментально определяется изменение температуры реакционной смеси, сопровождающее данный процесс. Для этого во внутренний стакан калориметра отмеривают с помощью мерного цилиндра 25 - 30 мл воды и измеряют начальную температуру tнач. с помощью термометра, который помещают непосредственно в жидкость, следя, чтобы он не касался дна и стенок внутреннего стакана (см. рис.1).
Не вынимая термометра из жидкости, во внутренний стакан засыпают сухую соль. Раствор перемешивают мешалкой до полного растворения, следя одновременно за показаниями термометра. Температура в ходе процесса может повышаться или понижаться. Конечную температуру tкон. фиксируют в тот момент, когда столбик термометра останавливается.
Все данные, необходимые для расчетов, сводят в таблицу (форма таблицы дана в описании опытов).
Тепловой эффект процесса, протекающего в калориметре, рассчитывается по формуле:
где Ср.ра - удельная теплоемкость раствора, находящегося во внутреннем стакане калориметра, которую можно принять равной удельной теплоемкости воды Сн 0 - 4,18 Дж/г град;
тр-ра — масса раствора во внутреннем стакане калориметра, г;
Скал - удельная теплоемкость внутреннего стакана калориметра;
ткал — масса калориметра;
Δt - изменение температуры в ходе опыта, град С.
Учитывая, что удельная теплоёмкость стекла, из которого сделан внутренний стакан калориметра, мала, вторым слагаемым можно пренебречь, тогда формула для расчета теплового эффекта примет вид:
Опыт №1. Определение мольной теплоты растворения соли.
Опыт проводят согласно описанию с выданной преподавателем навеской соли. Химическая формула соли и ее масса указаны на обертке навески. Данные, необходимые для расчета, сводят в таблицу 2.1.
Таблица 2.1. Параметры для расчета мольной теплоты растворения соли.
Химическаяформула соли |
г |
г |
|
|
|
г/моль |
Дж/г·град |
кДж/моль |
1. |
|
|
|
|
|
|
4,18 |
|
2. |
|
|
|
|
|
|
4,18 |
|
Мольную теплоту растворения, то есть теплоту, выделяющуюся или поглощающуюся при растворении в воде 1 моля соли, рассчитывают по формуле:
Пользуясь приведенной в конце работы таблицей, в которой приведены теоретические значения мольных теплот растворения некоторых солей, рассчитайте относительную погрешность определения:
Опыт №2. Определены мольной теплоты гидратации соли.
Гидратацией называют процесс присоединения к соли определенного количества молекул воды с образованием кристаллогидрата данной соли, например:
Na2СO3 + l0H2O = Na2CO3 · 10Н2О.
Для определения мольной теплоты гидратации в воде растворяют сначала навеску
безводной соли:
Na2СO3 + пH2O = Na2CO3 · пН2О; ΔНрастворения безв.соли
а затем навеску кристаллогидрата данной соли
Na2CO3 · 10Н2О + (п-10)H2O = Na2CO3 · пН2О; ΔНрастворения кристаллогидрата
Оба процесса проводят согласно описанию, данному в практической части, и данные вносят в таблицу 2.1.
Пользуясь формулой для расчета мольной теплоты растворения, приведенной в 1-ом опыте, рассчитывают ΔН растворения безводной соли и кристаллогидрата.
Теплоту гидратации вычисляют, пользуясь законом Гесса:
ΔНрастворения безв.соли = ΔНгидратации + ΔНрастворения кристаллогидрата
Относительную погрешность определения рассчитывают исходя из данных табл.2.
Таблица 2.2. Мольные теплоты растворения и гидратации для некоторых солей и кристаллогидратов
-
Формула соли или кристаллогидрата
ΔНгидратации,
кДж/моль
ΔНрастворения,
кДж/моль
CuSO4 · 5Н2О
77,8
+10,50
ZnSO4 · 7H2O
-95,0
+18,87
K2Cr207
+70,0
Na2CO3 безв.
-25.0
MgSO4
-84,8
СаС12
-72,8
Na2SO4·10H2O
80,5
NH4NO3
+26,8
Na2S2O3
+27,6
Выводы:
в выводах каждого опыта должно быть указано, какой тип реакций - экзо- или эндотермическая - наблюдается для данной соли и на основании чего можно сделать такое заключение.
Лабораторная работа №3