WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 24 |

Qо = (393,8 + 2· 286,0) – (74,86 + 2· 0) = 890,94 кДж.

реакции Аналогичный расчет можно провести, используя не теплоты образования, а энтальпии:

Но = (Н0СО2 газ + 2· Н0Н2Ож) – ( Н0СН4 газ + 2 · Н0О2газ), реакции Но = [–393,8 + 2·(–286,0)] – [74,86 +2·0] = –890,94 кДж.

реакции Пример 2. Рассчитать тепловой эффект реакции превращения графита в алмаз при стандартных условиях, зная теплоты сгорания алмаза и графита, которые соответственно равны 393 кДж и 395 кДж.

Решение. Напишем термохимические уравнение реакции горения графита и алмаза:

1. Сграф. + О2 газ = СО2 газ; НоСО2 газ = –393 кДж/моль, 2. Салмаз + О2 газ = СО2 газ; Н оСО2 газ = –395 кДж/моль.

Вычтем из первого уравнения второе и после упрощения получим:

Сграф. = Салмаз; Н0 = 2,0 кДж/моль.

Таким способом можно легко вычислить изменения энтальпии процессов, которые не поддаются прямому экспериментальному определению.

Пример 3. Вычислить теплоту превращения жидкой воды в пар.

Решение. Напишем термохимические уравнения реакций образования воды из простых веществ для жидкого и парообразного состояния воды:

Н2 газ + О2 газ = Н2О пар; НоН2Опар= –241,84 кДж, Н2 газ + ·О2 газ = Н2Ож ; НоН2Ож= –285,84 кДж, используя справочные данные энтальпий образования воды. Вычтем из первого уравнения второе и получим Н2Ож = Н2Опар; Но = 44,0 кДж.

Таким образом, теплота испарения одного моль воды составляет 44,0 кДж.

Пример 4. Теплота сгорания этана 1560 кДж/моль. Вычислить теплоту образования этана, если известно, что теплоты образования воды и углекислого газа соответственно равны 285,8 кДж/моль и 393,5 кДж/моль.

Решение. Запишем термохимическое уравнение реакции горения этана С2Н6 газ + 3,5 О2 газ = 2 СО2 газ + 3· Н2Ож + 1560 кДж.

Согласно закону Гесса, тепловой эффект реакции равен Qо = Qо – Qо реак. продук. исход. в-ва.

В соответствии с термохимическим уравнением реакции горения 1560 = (2· QоСО2 газ + 3· QоH2Oж) – (QоС2Н6 газ + 3,5·QоО2 газ).

Подставляя значения теплот образования, получим:

1560 = (2·393,5 + 3·285,8) – (Qо С2Н6 газ + 3,5· 0) или 1560 = 1644,4 – Qо С2Н6газ и Qо С2Н6 газ = 84,4 кДж/моль.

Пример 5. Вычислить энергию связи в молекуле НС1, если известны энтальпия образования НС1 (НоНСlгаз = –92,3 кДж/моль) и энергии разложения молекул водорода Н2 на атомы (Н 2Н газ = 218,0 кДж/моль) и молекул хлора Cl2 на атомы (Н 2Cl газ= 121 кДж/моль).

Решение. Энергия связи между атомами водорода и хлора в молекуле НСl это та энергия, которую нужно затратить, чтобы молекула распалась на свободные атом водорода и хлора, т. е. нужно найти изменение энтальпии процесса:

НС1газ = Нгаз + С1газ; Н0 разл. НС1 газ.

Энтальпия этого процесса неизвестна. Но известны другие энергетические эффекты для следующих процессов:

1. Образование НС1 из молекул:

Н2 газ + С12 газ = НС1газ; Но = –92,3 кДж, НС1 газ 2. Разложение Н2 на атомы:

Н2 газ = Нгаз; Но Н2 газ = 218,0 кДж разл.

3. Разложение С12газ на атомы:

С12 газ = С1газ; Но С12газ = 121,1 кДж.

разл.

Исходя из уравнения:

НС1газ = Нгаз + С1газ; Но, разл. НС1 газ и в соответствии с законом Гесса изменение энтальпии процесса разложения НС1 на свободные атомы можно представить в виде:

Но = (Но + Но ) – Но разл. НС1газ образ.Н газ образ. С1газ образ.НС1газ Подставим численные значения известных энтальпий образования:

Но = (218,0+121,1) – (–92,3) = 431,4 кДж.

разл. НС1газ Полученное значение представляет собой энергию связи между атомами водорода и хлора в одном моле молекул НС1, или тепловой эффект реакции Нгаз + С1газ = НС1газ; Но = -431,4 кДж/моль.

образ.НС1 газ Приведенная величина относится к 1 моль НС1, т. е. к образованию 6.02 1023 молекул НС1. А для одной молекулы она будет в это же количество раз меньше:

431,4·103 Дж : 6.02·1023 = 7,66·10-20 Дж/молекула.

Вопросы и задачи для самостоятельной работы 1. Определите теплоту сгорания жидкого бензола при стандартных условиях.

2. Реакция горения этилового спирта выражается термохимическим уравнением С2Н 5ОН ж + 3·02газ = 2·СО2газ + 3· Н2Ож; Но = Вычислите тепловой эффект реакции. Какое количество тепла выделится при сгорании 92 г этилового спирта 3. Пользуясь данными таблицы Приложения 1, вычислите тепловой эффект реакции:

2Mgкр + СО2газ = 2MgОкр + Сграф.

4. Исходя из энтальпии образования газообразного СО2 и термохимического уравнения Сграф. + 2·N2Огаз = СО2газ + 2· N2 газ + 557,5 кДж, вычислите теплоту образования N2Огаз, если Н0СО2газ= –393,5 кДж/моль.

5. Вычислите изменение энтальпии реакции SiО2 кр.+ 2·Mg кр.= Siкр.+ MgОкр.

6. Исходя из уравнения реакции MnО2кр + 2·Сграфит = Mnкр + 2·СО2 газ –293 кДж, вычислите энтальпию образования диоксида марганца.

Лабораторная работа 1. Определение теплоты гидратации соли Цель работы. Определить константу калориметра. 2. Определить теплоты растворения: а) безводной соли; б) ее кристаллогидрата и на основе полученных данных вычислить теплоту гидратации соли. Получить навыки проведения экспериментальной работы и обработки опытных данных, усвоить основные понятия и законы.

Основываясь на законе Гесса, можно вычислить теплоту гидратации соли, произведя измерение теплот растворения безводной соли и ее кристаллогидрата в достаточно больших количествах воды, чтобы полученный раствор в обоих случаях имел одинаковую концентрацию, и дальнейшее разбавление его происходило бы без теплового эффекта.

Например, раствор сульфата меди определенной концентрации можно получить двумя путями, которые графически представлены на рис. 17:



1) растворить определенное количество сульфата меди (например, 5 г) в данном количестве воды, или 2) это же количество сульфата меди перевести сначала в медный купорос, а затем растворить его в таком количестве воды, чтобы концентрация растворов была одинаковой.

Согласно закону Гесса, тепловые эффекты первого и второго пути должны быть равны:

Qраств.CuSO4 = Qгидрат. + Qраствор. CuSO 4 5H2O, откуда Qгидрат. = Qраств.CuSO4 – Qраств.CuSO 4 5H2O.

Здесь также можно исходить из следствия закона Гесса, которое гласит:

если два процесса идут из разных начальных состояний и приходят к одинаковому конечному, то разность их тепловых эффектов равна тепловому эффекту перехода из одного начального состояния в другое.

CuSO4 кристал.

Qрастворения CuSO4 кристал.

Qгидратации CuSO4 раствор Qрастворения CuSO4.5H2O CuSO4. 5H2O Рис. 17. Термохимическая схема, иллюстрирующая расчет теплоты гидратации соли на основе закона Гесса Для любого теплового эффекта гидратации соли имеем:

Qгидратации. = Qрастворения соли – Qрастворен. кристаллогидрата.. (1.21) При растворении твердого вещества в жидкости необходимо затратить энергию на разрушение кристаллической решетки и равномерное распределение частиц твердого тела (молекул, ионов) в растворителе – процесс эндотермический (–Q1). С другой стороны, при растворении происходит химическое взаимодействие растворяемого вещества и растворителя, сопровождающееся выделением энергии – процесс экзотермический (+Q2). Суммарный тепловой эффект процесса растворения зависит от соотношения Q1 и Qи может быть как положительным, так и отрицательным.

Обычно определяют интегральную теплоту растворения – тепловой эффект, сопровождающий процесс растворения (при t = const) одного моль вещества в данном количестве растворителя с образованием концентрации С.

Величина теплового эффекта зависит от концентрации полученного раствора, т. е. для данной соли можно получить целый ряд теплот растворения, отвечающих различным концентрациям: Со, С1, С2,... Сn.

Тепловой эффект, полученный при растворении одного моль вещества в бесконечно большом количестве растворителя (концентрация Сo приближается к нулю), называется первой инQ, •••••.

•••/•••• тегральной теплотой растворения HСo.

-16,Для получения первой интегральной теплоты растворе-17,ния достаточно взять 400 и более молей растворителя на -18,1 моль растворяемой соли, так как при дальнейшем разбавлении растворов HСo практиче 40 ски не меняется. Эти данные l обычно приводятся в физикоРис. 18. Зависимость интегральной теплоты химических справочниках растворения KCl от величины разбавления раствора l : 1 - при 18 оС; 2 – при 25 оС (см. таблицу 9 Приложения).

При калориметрических измерениях для выражения концентраций пользуются так называемым «разбавлением» – l, представляющим собой отношение числа молей растворителя (воды, чаще всего) к числу молей растворенного вещества (соли, кислоты, щелочи):

число молей растворителя l = (1.22) число молей соли На рис. 18 представлена зависимость интегральных теплот растворения хлористого калия от разбавления при температурах 18 и 25°С.

Калориметр и методика калориметрических измерений. Измерение тепловых эффектов производят в калориметрах, которые по своей конструкции могут быть различны.

Простейший калориметр (рис. 19), применяемый в студенческом практикуме, состоит из корпуса с изотермической оболочкой 1, в крышку которого вставлен химический стакан 2 (вместимостью 500 мл). В крышке внутреннего сосуда сделаны отверстия для термометра 3, мешалки 4, пробирки (вместимостью 25 мл). Отверстие для пробирки рекомендуется делать шире ее диаметра на 2–3 мм (так удобнее высыпать навеску исследуемого вещества). Чтобы пробирка не проваливалась и плотнее закрывала отверстие, на ее верхнюю часть необходимо надевать резиновую трубку а высотой 1–1,5 см.

Температуру измеряют с помощью нормального термометра с интервалом измерений от –2°С до +52°С и ценой деления 0,1°. При отсчете показаний термометра следует пользоваться лупой, глаз должен находиться на одной линии с уровнем ртути термометра. Отсчет показаний проводят с точностью до 0,02 °С.

Для более точного измерения температуры Рис. 19. Калориметр: 1 – корпус;

2 – стакан, 3 –термометр; 4 – ме- необходимо пользоваться термометром Бекшалка; 5 - пробирка мана, ртуть которого установлена на середине шкалы.

Перемешивание раствора производят ручной или механической, вращаемой с помощью электродвигателя, мешалкой. В правильно собранном приборе мешалка при вращении не должна задевать частей калориметра. Поэтому перед включением механической мешалки необходимо провернуть мешалку несколько раз рукой и убедиться в ее свободном вращении. Электродвигатель включают и добиваются равномерного вращения мешалки.

Калориметрический опыт делят на три периода:

1. Предварительный период, продолжающийся 5 минут.

2. Главный период – время протекания изучаемого процесса, т. е. период, в течение которого будет растворяться соль.

3. Заключительный период, продолжающийся 5 минут.

После начала калориметрического опыта раствор равномерно и непрерывно перемешивается мешалкой, при этом скорость движения ее должна быть одинакова во всех трех периодах.

Определение постоянной калориметра К. Соли для определения константы калориметра и теплоты гидратации указываются преподавателем.

Перед измерением тепловых эффектов необходимо определить постоянную калориметра К. По физическому смыслу К представляет количество тепла, необходимое для нагревания калориметра на 1°. Эта постоянная зависит от теплоемкости всех составных частей калориметра. Для нагревания калориметра на t° потребуется тепла Q = К. t. (1.23) Величина К постоянна только для данного калориметра и данного количества определенной жидкости, например для 200 г воды.





Постоянную калориметра можно определить по известной теплоте растворения какой-либо соли (теплоты растворения солей берутся из справочника, смотрите Приложение).

Для определения К собирают калориметр, как показано на рис. 19.

Во внутренний сосуд наливают мерным цилиндром 200 мл дистиллированной воды, в нее опускают мешалку, закрывают крышкой и погружают термометр так, чтобы ртутный шарик находился в средней части жидкости.

Температура воды должна быть комнатной, т. е. вода должна находиться в лаборатории не менее 10–12 часов.

Соли для определения константы калориметра хранятся в эксикаторе.

Чтобы открыть эксикатор, крышку нужно не поднимать, а сначала сдвинуть в сторону, после чего она легко снимается. При работе следить, чтобы притертые края крышки были слегка смазаны вазелином или другой смазкой. Не следует класть крышку эксикатора притертым краем на стол! Закрывая эксикатор, крышку некоторое время притирают, т. е. немного двигают вперед и назад, после чего крышка держится плотно и обеспечивает герметичность.

В чистую сухую пробирку 5 (рис. 19) насыпают плотным слоем высотой 4–5 см (~0,05 моля) тщательно измельченную и просушенную соль, по которой ведется определение константы калориметра. Пробирку закрывают резиновой пробкой и взвешивают на технохимических весах с точностью до 0,01 г. Результаты взвешивания заносят в таблицу 1.

Пробирку 5 вставляют в крышку калориметра так, чтобы ее нижняя часть с солью находилась в воде, и приступают к калориметрическому опыту.

1. Предварительный период. Начинают перемешивать воду мешалкой и записывают показания термометра через каждую минуту в течение 5 мин.

Для отсчетов времени наблюдения удобнее пользоваться секундомером. Результаты калориметрических наблюдений записывают в таблицу 2.

Таблица Навески солей, взятые для определения теплоты гидратации Соль Для определения теплоты гидратации соли … Для определения конМасса, г станты калориметра К безводная кристаллогидрат Пробирки с солью Пустой пробирки Навески Таблица Результаты калориметрических измерений при определении теплоты гидратации соли...

Изменение температуры при растворении в воде соли (°С) Время от Периоды калоридля опреденачала Кристаллобезводной метрического опыта опыта, мин ления К гидрата Предварительный (5 мин) 0,Главный (время растворения 1,соли) и т. д.

Заключительный (5 мин) 2. Главный период. Не останавливая секундомера, вынимают пробирку 5 (руками ее можно брать только за резиновое кольцо!), открывают и быстро высыпают соль в воду через отверстие в крышке калориметра, которое затем закрывают заранее подобранной пробкой. Так как в этот период происходит быстрое изменение температуры, то ее надо фиксировать через меньшие промежутки времени (20–30 секунд) и до тех пор, пока вся соль не растворится.

Пустую пробирку не погружают в раствор, поэтому ее теплоемкость не учитывают при вычислении константы. Высыпав соль, пробирку закрывают пробкой и по окончании опыта вытирают снаружи досуха и взвешивают с точностью до 0,01 г на технохимических весах для точного определения навески растворенной соли.

3. Заключительный период. Он идет после главного периода и продолжается 5 мин. Отсчет температуры производят через минуту.

Определение теплоты растворения безводной соли. После того как определена величина константы калориметра, аналогично определяют теплоту растворения безводной соли.

Безводные соли хранятся в склянках с притертой пробкой в эксикаторе над оксидом фосфора(V) или гидроксидом калия. После взятия навески безводной соли склянку немедленно закрывают пробкой и помещают в эксикатор.

В чистую сухую пробирку 5 насыпают плотный слой (высотой 3–4 см) заданной безводной соли (например, CuSО4). Пробирку быстро закрывают пробкой и взвешивают с точностью до 0,01 г на технохимических весах. Результаты взвешивания заносят в таблицу 1.

Затем пробирку с солью помещают в калориметр, куда предварительно наливают 200 мл дистиллированной воды, и записывают в табл. 2 изменение температуры при растворении соли, как и при определении постоянной калориметра.

Высыпав навеску безводной соли, необходимо немедленно закрыть пробирку пробкой, так как безводная соль сильно притягивает влагу из атмосферы и плохо высыпается из пробирки. По окончании опыта пробирку снаружи вытирают досуха, взвешивают и по разности определяют навеску.

Определение теплоты растворения кристаллогидрата. Сначала надо рассчитать навеску кристаллогидрата, чтобы концентрация образовавшегося раствора была та же, что и при растворении безводной соли. Например, если безводной соли (в нашем случае CuSО4) было взято для растворения 4,20 г, то кристаллогидрата необходимо взять больше, принимая во внимание, что:

160 г CuS04 (1 моль) содержится в 250 г CuS04 5Н2О (1 моль), а 4,2 г CuS04 содержится в mх = 6,56 г CuS04 5Н2О.

Кристаллогидрат тщательно растирают до порошка в ступке. Взвешивают на технохимических весах чистую сухую пробирку 5 и насыпают в нее рассчитанную навеску кристаллогидрата, так как CuS04 5Н2О хорошо высыпается из пробирки, не задерживаясь на стенках.

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 24 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.