WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 24 |

Воды для растворения кристаллогидрата необходимо взять меньше, учитывая количество воды, которое содержится в нем:

mводы = m кристаллогидрата – m безводн. соли VНгО н2о.

Для этого в цилиндр наливают 200 мл воды и пипеткой отбирают количество воды, содержащееся в кристаллогидрате. Уменьшенное количество воды выливают во внутренний сосуд, погружают в нее пробирку с кристаллогидратом и приступают к калориметрическим измерениям.

Обработка результатов.

На основании полученных данных построить на миллиметровой бумаге график зависимости t = f () (рис. 20) для определения действительного изменения температуры при растворении соли, по которой проводилось определение констан0 1 2 3 4 5 ты калориметра К.

6 7 8 9 10 •••.

На рис. 20 отрезок АВ поРис. 20. Изменение температуры в опыте казывает изменение температуры предварительного периода (ab), ВС – главного периода (bс) и CD – заключительного (cd).

Чтобы определить t, главный период опыта (bс) делят на две части и через середину восстанавливают перпендикуляр. Далее кривые АВ и CD продолжают до пересечения с этим перпендикуляром. Расстояние между полученными точками MN соответствует тому изменению температуры, которое имело бы место, если бы удалось сократить до нуля продолжительность главного периода, а, следовательно, устранить в этот период влияние теплообмена с окружающей средой. Отрезок MN и будет равен действительному изменению температуры t.

Удобный масштаб для построения графиков: ось абсцисс 1 см = 2 мин;

ось ординат: 1 см = 1°С, если t = 5–10°; 1 см = 0,5 °С, если t = 1–4°;

1 см = 0,2 °С, если t = 0,1–1°.

Определив t, необходимо рассчитать постоянную калориметра. Тепловой эффект растворения данной навески соли (так как для растворения брали не 1 моль соли, а меньше) равен:

mсоли Q = Q, (1.24) раств. соли М соли где Q раств. соли – тепловой эффект растворения 1 моль соли;

mсоли и Мсоли – навеска соли (г) и молярная масса соли (г/моль) соответственно. Поэтому, исходя из уравнений (1.23) и (1.24), постоянная калориметра определяется уравнением:

Q mсоли раств. соли K =. (1.25) t Mсоли Постройте графики для определения t при растворении безводной соли и ее кристаллогидрата. Дайте объяснение. Запишите уравнение реакции гидратации соли.

Приведите термохимическую схему, иллюстрирующую расчет теплоты гидратации по закону Гесса, и рассчитайте тепловой эффект гидратации соли по уравнению (1.21). Сравните вычисленный тепловой эффект с теоретически рассчитанным тепловым эффектом гидратации соли, используя а) энтальпии образования веществ, б) энтальпии растворения солей и определите ошибку опыта.

Форма отчета.

1. Указать цель работы; 2. Дать краткое теоретическое обоснование.

3. Начертить схему калориметра. 4. Заполнить таблицы 1, 2 и 5. Построить графики для определения t при растворении безводной соли и ее кристаллогидрата. 6. Рассчитать теплоты растворения безводной соли и ее кристаллогидрата по уравнению (1.21) для данного разбавления раствора l [см. уравнение (1.22) ]. 7. Сделать вывод.

Лабораторная работа 2. Определение теплоты нейтрализации сильной кислоты сильным основанием Цель работы. 1. Определить константу калориметра. 2. Определить тепловой эффект реакции нейтрализации сильной кислоты сильным основанием. Получить навыки проведения экспериментальной работы и обработки опытных данных, усвоить основные понятия и законы.

Сильные электролиты в водных растворах почти полностью диссоциированы на ионы ( 90%), поэтому реакция нейтрализации сильной кислоты сильным основанием сводится к соединению одного моль ионов водорода Н+ (а точнее гидратированных ионов водорода Н3О+) с одним моль ионов гидроксила:

Н+ + ОН = Н2О + Q нейтр.

Следовательно, независимо от природы кислоты и основания, нейтрализация сводится к образованию одного моль воды из ионов водорода и гидроксила. Тепловой эффект этой реакции называют теплотой нейтрализации.

Теплота нейтрализации слабых кислот сильными основаниями или сильных кислот слабыми основаниями заметно отличаются, что вызвано малой степенью диссоциации слабых электролитов.

Получите у преподавателя задание, например: определить тепловой эффект реакции нейтрализации при взаимодействии гидроксида натрия (гидроксида калия) соляной кислотой (серной или азотной кислотой).

Определение постоянной калориметра. Постоянную калориметра можно определить двумя способами.

А) Вначале определяют постоянную калориметра К, как описано выше (см. работу 1), при объеме воды во внутреннем сосуде 200 мл. Полученные экспериментальные данные занесите в таблицы 3 и 4.

Таблица Масса соли, взятой для определения постоянной калориметра Масса, г Соль Пробирки с солью Пустой пробирки Навески Таблица Результаты калориметрических измерений при определении теплоты гидратации соли для определения постоянной калориметра Периоды калоИзменение температуры °С при растворении в воде соли риметрического Главный Предварительный Заключительный опыта (время растворения (5 мин) (5 мин) соли) Время от начала 1 2 3 4 5 0,5 1 1,5 2 2,5 3 … 1 2 3 4 опыта, мин На основании полученных данных необходимо построить график зависимости t = f (). Определив t, необходимо рассчитать постоянную калориметра К по формуле (1.25):

Q mсоли раств. соли K =, t M соли где Q раств. соли – тепловой эффект растворения одного моля соли;

mсоли и Мсоли – навеска соли (г) и молярная масса соли (г/моль) соответственно.

Б) Постоянную калориметра можно вычислить по уравнению:

К = mi. ci, (1.26) где mi – массы отдельных частей прибора и жидкости; ci – удельные теплоемкости отдельных частей прибора и жидкости.



Плотность раствора, полученного в результате нейтрализации, можно считать равной 1 г/см3, удельная теплоемкость воды и разбавленных растворов – 4,184 Дж/(г град). Удельная теплоемкость стекла равна 0,791 Дж/(г град). Массу стакана и мешалки определите взвешиванием на весах.

Величина К соответствует количеству теплоты, необходимому для нагрева калориметра на 1о. Величину К можно вычислить приближенно как сумму теплоемкостей стакана, мешалки, воды или раствора.

Теплоемкость погруженной нижней части термометра Бекмана определяют по объему вытесненной воды в мерном цилиндре. Теплоемкость, отнесенная к 1 мл ртути и стекла, одинакова и равна 1,92 Дж/мл. Поэтому теплоемкость погруженной части термометра равна v. 1,92.

Определение теплового эффекта нейтрализации щелочи соляной кислотой.

А) В чистый внутренний стакан (рис. 19) наливают 200 мл 0,2 н.

(или 0,4 н) раствора щелочи (КОН или NaOH по указанию преподавателя). Раствор щелочи должен быть предварительно оттитрован и иметь комнатную температуру.

Помещают в раствор мешалку, закрывают калориметр крышкой и вставляют термометр. Ртутный шарик термометра должен находиться в средней части жидкости.

Концентрированные кислоты хранятся под тягой. В пипетку под тягой набирают 5 мл (или 10 мл) концентрированной соляной кислоты (плотностью = 1,19–1,18 г/см3). При наборе кислоты необходимо пользоваться пипеткой с резиновой грушей. При их отсутствии можно использовать мерный цилиндр на 10 см3. Кислоту переносят в чистую сухую пробирку 5, плотно закрывают ее пробкой, выносят из-под тяги и помещают в калориметр (рис. 19).

Приступают к калориметрическим измерениям. По окончании предварительного периода, на шестой минуте пробирку 5 вынимают из калориметра и осторожно выливают кислоту в раствор щелочи (не обливать кислотой крышку калориметра!).

Отверстие в крышке калориметра закрывают пробкой, раствор продолжают перемешивать и следят за ходом температуры в главном (фиксировать температуру через 15–30 секунд!) и заключительном периодах. Результаты калориметрических измерений заносят в таблицу 5 отчета.

При добавлении концентрированной сильной кислоты к раствору щелочи наблюдаемый тепловой эффект является результатом сложения тепловых эффектов трех стадий: 1) теплоты нейтрализации кислоты щелочью;

2) теплоты взаимодействия кислоты с водой (из-за разбавления); 3) теплоты взаимодействия щелочи с водой, вносимой вместе с кислотой. Следовательно определяют суммарное изменение температуры tсуммарное, зависящее от этих стадий:

Н = Ннейтр. + Н разб. кислоты + Н разб. щелочи.

Так как щелочь уже сильно разбавлена, то третий тепловой эффект очень мал, и поэтому им можно пренебречь. Второй тепловой эффект – теплота взаимодействия кислоты с водой (из-за разбавления кислоты) необходимо учитывать ввиду того, что он значителен. Для его определения в калориметрический стакан наливают 200 мл дистиллированной воды, в пробирку вносят такой же объем кислоты, как при определении tсуммар. (в нашем примере 5 мл концентрированной НС1), и проводят калориметрический опыт аналогично предыдущему, занося экспериментальные данные в табл. 5.

Б) Аналогично определяют теплоту нейтрализации серной или азотной кислоты той же щелочью. Для опыта используют концентрированные кислоты (плотность серной кислоты H2SO4 1,8 г/см3; азотной кислоты НNО 1,4 г/см3); объем серной и азотной кислот уменьшают до 3–4 мл, но количество кислоты должно быть в избытке (проверить вычислением).

Внимание! С концентрированными кислотами следует обращаться осторожно. Не набирать концентрированную кислоту в пипетку ртом! Концентрированные кислоты, особенно азотная и серная, вызывают тяжелые химические ожоги кожи, особенно они опасны для глаз. При случайном попадании концентрированных кислот на кожу, в глаза надо немедленно промыть пораженное место большим количеством проточной воды (под краном) и обработать нейтрализующим раствором (2% раствором бикарбоната натрия).

Таблица Результаты калориметрических опытов при определении теплоты нейтрализации сильных кислот сильным основанием...

200 мл 0,2 н. раствора щелочи ….

А) объем ………кислоты = … мл; Б) объем ………кислоты = … мл;

(кислоты) = … г/см3; (кислоты) = … г/см3;

(кислоты) = …%; (кислоты) = …%;

С(1/z*кислоты) = ….. моль/л С(1/z*кислоты) = ….. моль/л Период кало- Время Изменение температуры в ходе опыта при растворении риметрическо- от начакислоты го опыта ла опыА) щелочь + кислота В) вода + кислота та, мин.

to to tо to сумм. разв. сумм. разв.

Предваритель ный (5мин) И т.д.

Главный 0,… Заключитель ный …… Форма отчета 1. Указать цель работы. 2. Начертить схему калориметра. 3. Результаты взвешиваний навески соли для определения константы калориметра представить в виде таблицы 3 и таблицы 4. 4. Написать уравнение реакции нейтрализации в молекулярном и ионном виде. 5. По плотности и массовой доле кислоты в исходном растворе рассчитать молярную концентрацию эквивалента кислоты. Показать, что кислота в растворе находится в избытке по отношению к раствору щелочи (Сщ. Vщ. << Cкис. Vкис.). 6. Построить графики для определения t на основе калориметрических данных: а) при растворении соли, взятой для определения К калориметра; б) для определения tcуммарн. при нейтрализации щелочи кислотами (например, соляной и серной); в) для определения tразведения. Графически определить t. 7. Рассчитать константу калориметра по формуле (1.25) или (1.26). 8. Изменение температуры процесса нейтрализации определить как разность между суммарным изменением температуры и изменением температуры в процессе разведения:





tнейтр. = tсумм. – t развед.. 9. Исходя из полученных значений tнейтрал. и постоянной калориметра, определить тепловой эффект реакции нейтрализации в расчете на 1 эквивалентную молярную массу щелочи (расчет ведется по количеству щелочи, так как кислоты берутся в избытке). 10. Сделать вывод, влияет ли природа кислоты или щелочи на тепловой эффект реакции нейтрализации.

Тепловой эффект разбавления кислоты Нразб.кислоты вычисляют по формуле:

K t H = кДж/моль.

разб. кислоты Vкислоты Cкислоты Суммарный тепловой эффект Н вычисляют по формуле:

K t H = кДж/моль, Vщелочи Cщелочи где С – молярная концентрация кислоты или щелочи, моль/л; V – объем кислоты или щелочи, взятый для калориметрических измерений, л.

Тепловой эффект нейтрализации вычисляют по разности вычисленных тепловых эффектов:

Ннейтр. = Н – Нразб. кислоты.

Сравните вычисленный тепловой эффект со справочным значением энтальпии нейтрализации и определите ошибку опыта.

Лабораторная работа 3. Определение теплоты растворения солей Цель работы. 1. Определить константу калориметра. 2. Определить тепловой эффект реакции растворения соли. Определить удельную и интегральную теплоту растворения соли. Получить навыки проведения экспериментальной работы и обработки опытных данных, усвоить основные понятия и законы.

Постоянную калориметра К вычислить по уравнению (1.26), учитывая массы и теплоемкости жидкости и соприкасающихся с ней частей прибора, участвующих в теплообмене как описано выше (см. работу 2). Результаты измерений записать в таблицу 6.

Таблица Результаты определения постоянной калориметра Элементы Масса Теплоемкость c, m.c, К, калориметра m, г (Дж/(г.град)) (Дж/град) (Дж/град) Стакан 0,Мешалка 0,Термометр V (мл). 1,Раствор 4,Определение удельной и интегральной энтальпии растворения соли. Соли для определения теплоты растворения указываются преподавателем. Перед измерением тепловых эффектов определяют постоянную калориметра 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. В чистую сухую пробирку 5 насыпают плотным слоем высотой 4–5 см (~0,05 моля) тщательно измельченную соль, по которой ведется определение теплоты растворения. Пробирку закрывают резиновой пробкой и взвешивают на технохимических весах с точностью до 0,01 г. Результаты взвешивания заносят в табл. 7.

На основании полученных данных необходимо построить график t = f (). Определив t, необходимо рассчитать интегральную энтальпию (теплоту) растворения соли по формуле (1.25):

К t Mсоли.

Н =, раств. соли mсоли где Н – тепловой эффект растворения 1 моль соли;

раств. соли mсоли и Мсоли – навеска соли (г) и молярная масса соли (г/моль) соответственно.

Таблица Результаты калориметрических измерений при определении энтальпии растворения соли Масса, (г) Соль Пробирки Пустой пробирки Навески с солью Периоды Изменение температуры °С при растворении в воде соли калориметрического Предварительный Заключительный Главный (время опыта (5 мин) растворения соли) (5 мин) Время от начала 1 2 3 4 5 0,5 1 1,5 2 2,5 3 … 1 2 3 4 опыта, мин Удельную энтальпию растворения Нуд., соответствующую энтальпии растворения 1 г соли, можно вычислить по уравнению:

К t Н =. (1.27) уд.

mcoл.

Сравните вычисленный тепловой эффект со справочным значением энтальпии растворения соли и определите ошибку опыта.

Форма отчета.

1. Указать цель работы. 2. Начертить схему калориметра;. 3. Заполнить таблицы 6, 7 и 4. Построить графики для определения t при растворении соли. Рассчитать интегральную и удельную энтальпию растворения соли. 5. Вывод.

Вопросы и задачи для самостоятельной работы 1. Приведите формулировку первого начала термодинамики и напишите его математическое выражение. Укажите, какие величины, входящие в это уравнение, зависят от пути процесса.

2. Что изучает термохимия Каково соотношение термодинамического и термохимического тепловых эффектов 3. Каков физический смысл внутренней энергии и энтальпии системы Можно ли определить абсолютное значение этих функций 4. Каков физический смысл величин U и H 5. Назовите факторы, влияющие на величину теплового эффекта.

6. Установите соотношение тепловых эффектов изохорного и изобарного процессов (Qv и Qp) при стандартных условиях для реакции 4 NOгаз + 6 Н2 Ож 4 NH3 газ + 5 О2газ.

При 150 °С изобарный или изохорный тепловой эффект данного процесса больше Аргументируйте ответ.

7. Отличаются ли тепловые эффекты изохорного и изобарного процессов для химических реакций, в которых участвуют только жидкие или твердые вещества 8. Приведите формулировку закона Гесса, проиллюстрируйте закон конкретным примером.

9. Что понимают под стандартными теплотами образования и сгорания 10. Каково соотношение теплоты сгорания углерода и теплоты образования углекислого газа 11. Приведите формулировку следствий закона Гесса по определению тепловых эффектов реакций через теплоты образования и сгорания. Пользуясь справочником, рассчитайте тепловые эффекты изобарных процессов при стандартных условиях для реакций:

Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 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.