ВУЗ: Украинский Государственный химико-технологический Университет
Категория: Методичка
Дисциплина: Химия
Добавлен: 06.02.2019
Просмотров: 2168
Скачиваний: 4
16
нейтр.
НАс
дис.,
HAc
нейтр.,
H
Δ
H
Δ
H
Δ
.
(1.16)
Таким чином, якщо експериментально визначити тепловий ефект реакції
нейтралізації сильної та слабкої кислот, то можна розрахувати теплоту
дисоціації цією слабкої кислоти:
HCl
нейтр.,
HAc
нейтр.,
HAc
дис.,
H
Δ
H
Δ
H
Δ
.
(1.17)
Визначення сталої калориметра електричним методом
Сталу калориметра також визначають за допомогою електричного
нагрівача малої потужності із співвідношення:
T
Q
K
,
де Q – це кількість теплоти, яку одержує система від нагрівача, а стала
калориметра К у цьому випадку – кількість теплоти, яку необхідно передати
всій системі (реакційній системі та всім частинам калориметра) для нагрівання
їх на один градус.
В свою чергу кількість тепла, яку нагрівач віддає системі, може бути
знайдена за законом Джоуля:
N
Q
або
U
I
Q
,
де N – потужність електричного нагрівача, Вт; I – сила струму в ланцюгу
нагрівача, А; U – напруга, В; τ – час, за який протягом роботи нагрівача
температура зросла на
T
, с.
Такими чином стала калориметра може бути розрахована:
T
N
K
або
T
U
I
K
.
(1.8)
Якщо сталу калориметра визначають електричним методом з допомогою
нагрівача, то значення К знаходять із співвідношення (1.8).
Стрибок температури ΔТ за час
також визначають експериментально,
для чого послідовно виконуються такі операції.
1. Вмикають електронний калориметр. При цьому вмикаються табло
секундоміра та температури.
2. Прогрівають прилад 10 хвилин.
3. До калориметричних стаканів 1 та 2 наливають по 300 мл води, поміщують
їх у калориметр, закривають кришку калориметра та вмикають мішалку.
4. Після того, як ΔТ для стаканів не буде перевищувати 0,1°С, вмикають
секундомір "пуск", записують 5 значень ΔТ через кожні 10 секунд за
звуковим сигналом (початковий період).
17
5. На одинадцятому відліку часу вмикають нагрівач одного з стаканів.
У результаті перебігу процесу нагрівання ΔТ різко змінюється (головний
період). Записують 10 відліків ΔТ через кожні 10 секунд (всього 100 с.).
6. Вимикають нагрівач, фіксують ще 5 відліків ΔТ, або до того часу, коли
швидкість змінення ΔТ не буде перевищувати 0,01–0,02°С за відлік (кінцевий
період).
7. Результати вимірювань заносять у таблицю і будують графік залежності Т
від часу і визначають зміну температури ΔТ за час роботи електричного
нагрівача в продовж
секунд, як показано на рис. 1.8.
0
50
100
150
200
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
t
2
t
1
1
2
T
1
T
2
= t
2
- t
1
= 150 - 70 = 80 c.
T = T
2
- T
1
= 0,5 - 0,3 = 0,2
K
T, K
t, c
Рис. 1.8. Визначення сталої калориметра електричним методом
Приклад розрахунку сталої калориметра електричним методом
Будуємо графік температура-час при роботі нагрівача потужністю N=3,5 Вт
протягом 120 секунд. На лінійній ділянці кривої відбираємо 2 точки, як це
показано на рис. 1.8. Знаходимо зміну температури ΔТ за час
.
Розраховуємо сталу калориметра:
К
Дж
1440
К
2
,
0
с
80
Вт
6
,
3
T
N
K
.
Хід роботи
Методика
проведення
експерименту
складається
з
трьох
експериментальних та розрахункової частин.
1. Визначають сталу калориметра К електричним методом.
2. Експериментально визначають теплоту нейтралізації сильної кислоти.
Для цього в калориметричний стакан заливають 300 мл 0,1 М NaOH,
поміщають скляну ампулу з 5–10 мл 2 М НCl. Вмикають мішалку, фіксують 9–
10 відліків початкового періоду. На наступному відліку розбивають ампулу, не
припиняючи вимірювання температури протягом головного періоду та ще 10
18
відліків кінцевого періоду. Результати вимірювань заносять у таблицю 1.1,
будують графік залежності Т від t та визначають
Т
(рис. 1.9).
Результати калориметричного дослідження реакції нейтралізації HCl
С
HCl
=____моль/л; V = ____ мл
Час, с
Т, К
0
10
20
…
3. Експериментально визначають теплоту нейтралізації слабкої кислоти.
Для цього в калориметричний стакан заливають 300 мл 0,1 М NaOH,
поміщають скляну ампулу з 5–10 мл 2 М НАс. Вмикають мішалку, фіксують 9–
10 відліків початкового періоду. На наступному відліку розбивають ампулу, не
припиняючи вимірювання температури протягом головного періоду та ще 10
відліків кінцевого періоду. Результати вимірювань заносять у таблицю 1.1,
будують графік залежності Т від часу і визначають
Т (рис. 1.10).
Результати калориметричного дослідження реакції нейтралізації HAc
С
HAc
=____моль/л; V = ____ мл
Час, с
Т, К
0
10
20
…
0
50
100
150
200
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
T=0,977-0,157=0,830K
T = T
2
- T
1
T
1
T
2
HCl
T, K
t, c
0
50
100
150
200
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
T=1,092-0,146=0,846K
T = T
2
- T
1
T
1
T
2
HAc
T, K
t, c
Рис. 1.9. Термохімічна крива реакції
нейтралізації HCl з NaOH
Рис. 1.10. Термохімічна крива реакції
нейтралізації HAc з NaOH
4. Розраховують
HCl
НЕЙТР.
H
Δ
,
HAc
НЕЙТР.
H
Δ
за співвідношенням:
C
V
T
Δ
K
H
Δ
нейтр.
де K – стала калориметра;
Т – стрибок температури; C – концентрація
кислоти, моль/л; V – об’єм проби, мл.
19
5. Обчислюють
НАс
дис.,
H
Δ
за співвідношенням:
HCl
нейтр.,
HAc
нейтр.,
HAc
дис.,
H
Δ
H
Δ
H
Δ
Контрольні запитання та задачі до лабораторної роботи № 2
1. В чому полягає суть калориметричного методу?
2. Що таке стала калориметра?
3. Які способи визначення сталої калориметра?
4. Що таке тепловий ефект?
5. Що таке теплота нейтралізації?
6. Чому відрізняється теплота нейтралізації слабкої та сильної кислоти чи
лугу?
2. ХІМІЧНА РІВНОВАГА. РІВНОВАЖНІ ПРОЦЕСИ
Лабораторна робота № 3
Визначення константи рівноваги реакції взаємодії залізо(III) хлориду з
калій йодидом
Мета роботи – визначення константи рівноваги та теплового ефекту
реакції взаємодії залізо(III) хлориду з калій йодидом.
Короткі теоретичні відомості з роботи
При перебігу хімічної реакції через деякий час встановлюється
рівноважний стан (хімічна рівновага), який визначають дві ознаки:
1) склад системи є сталим у часі при незмінних зовнішніх умовах;
2) при зміні зовнішніх умов рівновага зміщується та повертається в вихідний
стан у результаті набування зовнішніми параметрами попередніх значень.
В цьому стані швидкості прямої та зворотної реакцій дорівнюють одна
одній.
Критерієм рівноваги (термодинамічна рівновага) в замкненій системі
буде: dG=0 при сталих Т, Р або dF=0 при сталих Т, V.
Зв’язок між рівноважними концентраціями або парціальними тисками
вихідних речовин та продуктів реакції aA + bB = dD + fF передається законом
діючих мас:
P
P
P
P
K
b
B
a
A
f
F
d
D
P
;
C
C
C
C
K
b
B
a
A
f
F
d
D
C
;
x
x
x
x
K
b
B
a
A
f
F
d
D
x
;
n
n
n
n
K
b
B
a
A
f
F
d
D
n
,
(2.1)
20
де K
p
, K
c
, K
n
, K
x
– константи рівноваги хімічної реакції;
i
i
i
i
n
x
C
P
,
,
,
–
рівноважний парціальний тиск, концентрація, мольна доля та число молей
відповідно.
З огляду на це розмірність констант визначається таким чином:
n
P
Па
]
K
[
;
n
n
)
моль
(
]
K
[
;
n
3
C
)
м
/
моль
(
]
K
[
або (моль/л)
Δn
,
n
– різниця
між сумою стехіометричних коефіцієнтів для газоподібних продуктів та сумою
стехіометричних коефіцієнтів для газоподібних вихідних речовин.
Залежність константи рівноваги від температури передається рівняннями
ізобари та ізохори Вант Гоффа:
2
ln
RT
H
dT
K
d
P
P
;
2
ln
RT
U
dT
K
d
V
C
(2.2)
Якщо тепловий ефект є сталим в інтервалі температур, що досліджується,
то рівняння ізобари трансформується до вигляду:
const
T
1
R
ΔH
lnK
P
.
(2.3)
В лабораторній роботі розглядається реакція взаємодії залізо(III) хлориду
з калій
йодидом:
FeCl
3
+ KI FeCl
2
+ ½ I
2
+ KCl .
(2.4)
В іонному вигляді цю реакцію можна надати таким чином:
Fe
3+
+ I
-
Fe
2+
+ ½ I
2
.
(2.5)
Константа рівноваги через рівноважні концентрації для цієї реакції
розраховується за рівнянням:
]
][I
[Fe
]
][I
[Fe
K
3
1/2
2
2
C
,
(2.6)
де [ ] – рівноважні концентрації учасників реакції.
Оскільки реакція перебігає в розчині, тобто в конденсованій фазі,
0
ΔV
,
тож теплові ефекти при Р = const і V = const практично однакові, тоді
визначивши К
С
для двох різних температур, можна скористатися (2.3) для
розрахунку теплового ефекту при сталому тиску для реакції, що вивчається, за
рівнянням:
2
1
C,1
C,2
T
1
T
1
R
H
Δ
K
K
ln
.
(2.7)