Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
2408.doc
Скачиваний:
201
Добавлен:
09.04.2015
Размер:
900.1 Кб
Скачать

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

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]