Файл: Отчет по лабораторной работе 1 По дисциплине Термодинамика и кинетика.docx
Добавлен: 11.01.2024
Просмотров: 434
Скачиваний: 14
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИМИНИСТЕРСТВО НАУКИ И высшего ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИфедеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего образования«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»Кафедра физической химииОтчет по лабораторной работе №1По дисциплине: Термодинамика и кинетика(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)Тема:Определение интегральной теплоты растворения соли и теплоты гидратообразованияАвтор: студент гр. ГНГ-21-2 ______________ Анненкова М.А.(подпись) (Ф.И.О.)Автор: студент гр. ГНГ-21-2 ______________ Дмитровская Д.П.(подпись) (Ф.И.О.)ОЦЕНКА: _____________Дата: _________ 2023 г.ПРОВЕРИЛ _______ _____________ /______________/(должность) (подпись) (Ф.И.О.)Санкт-Петербург 2023 годЦель работы: Определение теплового эффекта процессов растворения соли и гидратообразования.Оборудование и реактивы: Стеклянный стакан объемом 500 мл – 1 шт. Фарфоровый или стеклянный внешний стакан объемом 750 мл – 1 шт. Стеклянная палочка для перемешивания – 1 шт. Кристаллизатор – 1 шт. Штатив с лапками – 1 шт. Термометр Бекмана – 1 шт. Мерный цилиндр объемом 100 мл (для определения объема ртутного баллона термометра Бекмана) – 1 шт. Мерный цилиндр объемом 500 мл – 1 шт. Секундомер – 1 шт. Весы лабораторные – 1 шт. Безводная соль (сульфат меди, никеля или магния). Кристаллогидрат этой соли.Краткое теоретическое содержаниеГидратообразование — это процесс, возникающий при падениях температуры и давления, что влечет за собой уменьшение упругости водяных паров и влагоёмкости газа, а, вследствие чего - образование гидратов. Гидраты представляют собой белые кристаллы, похожие на снегообразную кристаллическую массу. Кристаллогидраты состоят из одной или нескольких молекул газа (метан, этан и т.д.) и нескольких молекул воды.
Количество энергии, выделяемое или поглощаемое системой в ходе реакции (при Т = const и p = const), отнесённое к количеству молей вещества, указанному в уравнении реакции, называется тепловым эффектом реакции (Q, кДж).Химические реакции, протекающие с выделением теплоты в окружающую среду, называются экзотермическими (Q> 0). Химические реакции, протекающие с поглощением теплоты из окружающей среды, называются эндотермическими (Q< 0).В термодинамике изменение энергетического состояния системы описывается величиной энтальпии Н, изменение которой равно ∆Н = Нкон - Нисх, где Нкон – конечное, а Нисх – исходное энергетическое состояние системы. Положительное значение ∆Н получается в том случае, когда Нкон > Нисх, т.е. когда система поглощает энергию в ходе процесса (эндотермический процесс). В случае, когда система выделяет энергию (экзотермический процесс), т.е. когда Нкон < Нисх, ∆Н имеет отрицательное значение. Соответственно: ∆Н = -Q.Стандартной теплотой (энтальпией) образования сложного вещества называется количество энергии (теплоты), выделяемое или поглощаемое при образовании одного моля сложного вещества из простых при стандартных условиях (p = 105Па, T = 298 K). Значения стандартных энтальпий образования веществ приведены в справочниках. Стандартные энтальпии образования простых веществ (O2, C, Na, Cl2 и др.), устойчивых при стандартных условиях, условно приняты равными нулю.Закон Лавуазье-Лапласа: тепловые эффекты прямой и обратной реакции (изменение энтальпий) численно равны, но противоположны по знаку.Закон Гесса: тепловой эффект химической реакции не зависит от того, протекает ли реакция в одну или несколько стадий, а определяется только начальным и конечным состоянием реагирующих веществ.Следствие 1 из закона Гесса: сумма энтальпий двух или более промежуточных стадий при переходе от исходного состояния к конечному состоянию равна энтальпии реакции, которая непосредственно ведёт от исходного к конечному состоянию системы.Следствие 2 из закона Гесса: тепловой эффект реакции (изменение энтальпии) равен разности между суммой энтальпий образования продуктов реакции и суммой энтальпий образования исходных веществ с учётом стехиометрических количеств всех веществ и их агрегатных состояний.
Содержание протокола лабораторной работы
Обработка результатов экспериментаТаблица 1. Зависимость изменения температуры (Т, ◦Б) от времени (t, сек) при опыте с безводной солью.
ΔT=0,82 ⁰БРисунок 1. График зависимости температуры от времени в опыте с безводной солью.Таблица 2. Зависимость изменения температуры (Т, ◦Б) от времени (t, сек) при опыте с кристаллогидратом.
ΔT=0,17 ⁰БРисунок 2. График зависимости температуры от времени в опыте с кристаллогидратом.РасчёттеплоёмкостикалориметрическойустановкиДж/К, гдеCр-р – удельная теплоёмкость раствора, 4,18 Дж/г∙К;mр-р – масса раствора во внутреннем стакане, 300 г;CHg – объёмная теплоёмкость ртути и стекла, 1,92Дж/см3∙К;VHg – объём баллона термометра, содержащего ртуть, 4мл;Cст – удельная теплоёмкость стекла, 0,79Дж/г∙К;mст – общая масса стеклянных частей калориметрической установки, 124,5г;Дж/КВычисление интегральной теплоты растворения безводной соли и кристаллогидратаДж/мольnсоли- количество вещества соли (безводной или кристаллогидрата), моль;кДж/молькДж/мольВычисление теплового эффекта процесса гидратацииДж/молькДж/мольВычисление относительной инструментальной ошибкиδCcal – относительная погрешность расчётного определения теплоёмкости системы, 0,03Дж/К;δT – погрешность определения температуры (цена деления термометра Бекмана), 0,005⁰Б;δm – техническая характеристика весов,
Количество энергии, выделяемое или поглощаемое системой в ходе реакции (при Т = const и p = const), отнесённое к количеству молей вещества, указанному в уравнении реакции, называется тепловым эффектом реакции (Q, кДж).Химические реакции, протекающие с выделением теплоты в окружающую среду, называются экзотермическими (Q> 0). Химические реакции, протекающие с поглощением теплоты из окружающей среды, называются эндотермическими (Q< 0).В термодинамике изменение энергетического состояния системы описывается величиной энтальпии Н, изменение которой равно ∆Н = Нкон - Нисх, где Нкон – конечное, а Нисх – исходное энергетическое состояние системы. Положительное значение ∆Н получается в том случае, когда Нкон > Нисх, т.е. когда система поглощает энергию в ходе процесса (эндотермический процесс). В случае, когда система выделяет энергию (экзотермический процесс), т.е. когда Нкон < Нисх, ∆Н имеет отрицательное значение. Соответственно: ∆Н = -Q.Стандартной теплотой (энтальпией) образования сложного вещества называется количество энергии (теплоты), выделяемое или поглощаемое при образовании одного моля сложного вещества из простых при стандартных условиях (p = 105Па, T = 298 K). Значения стандартных энтальпий образования веществ приведены в справочниках. Стандартные энтальпии образования простых веществ (O2, C, Na, Cl2 и др.), устойчивых при стандартных условиях, условно приняты равными нулю.Закон Лавуазье-Лапласа: тепловые эффекты прямой и обратной реакции (изменение энтальпий) численно равны, но противоположны по знаку.Закон Гесса: тепловой эффект химической реакции не зависит от того, протекает ли реакция в одну или несколько стадий, а определяется только начальным и конечным состоянием реагирующих веществ.Следствие 1 из закона Гесса: сумма энтальпий двух или более промежуточных стадий при переходе от исходного состояния к конечному состоянию равна энтальпии реакции, которая непосредственно ведёт от исходного к конечному состоянию системы.Следствие 2 из закона Гесса: тепловой эффект реакции (изменение энтальпии) равен разности между суммой энтальпий образования продуктов реакции и суммой энтальпий образования исходных веществ с учётом стехиометрических количеств всех веществ и их агрегатных состояний.
Содержание протокола лабораторной работы
| № п/п | Исследуемый параметр | Результат измерения |
| 1. | Название исследуемой соли и ее формула | CuSO4 – сульфат меди (II) |
| 2. | Формула кристаллогидрата | CuSO4·5H2O |
| 3. | Масса безводной соли | m(CuSO4) = 5 г |
| 4. | Масса кристаллогидрата | m(CuSO4·5H2O) = 7,8 г |
| 5. | Масса стеклянного внутреннего стакана + масса стеклянной палочки | mст = 124,5 г |
| 6. | Объем дистиллированной воды во внутреннем стакане | VH2O = 300 мл |
| 7. | Объем ртутного баллона термометра Бекмана | VHg = 4 мл |
| 8. | Масса раствора безводной соли | mр-р1 = 305 мл |
| 9. | Масса раствора кристаллогидрата | mр-р2 = 307,8 мл |
| Время, сек | Температура, ◦Б | Время, сек | Температура, ◦Б | Время, сек | Температура, ◦Б |
| Начальный период | Главный период | Конечный период | |||
| 30 | 2,78 | 330 | 3,25 | 630 | 3,74 |
| 60 | 2,79 | 360 | 3,61 | 660 | 3,75 |
| 90 | 2,8 | 390 | 3,7 | 690 | 3,75 |
| 120 | 2,81 | 420 | 3,71 | 720 | 3,75 |
| 150 | 2,81 | 450 | 3,72 | 750 | 3,75 |
| 180 | 2,82 | 480 | 3,73 | 780 | 3,76 |
| 210 | 2,83 | 510 | 3,73 | 810 | 3,76 |
| 240 | 2,84 | 540 | 3,73 | 840 | 3,77 |
| 270 | 2,84 | 570 | 3,73 | 870 | 3,77 |
| 300 | 2,85 | 600 | 3,74 | 900 | 3,78 |
ΔT=0,82 ⁰БРисунок 1. График зависимости температуры от времени в опыте с безводной солью.Таблица 2. Зависимость изменения температуры (Т, ◦Б) от времени (t, сек) при опыте с кристаллогидратом.
| Время, сек | Температура, ◦Б | Время, сек | Температура, ◦Б | Время, сек | Температура, ◦Б |
| Начальный период | Главный период | Конечный период | |||
| 30 | 1,8 | 330 | 1,87 | 630 | 1,86 |
| 60 | 1,8 | 360 | 1,84 | 660 | 1,88 |
| 90 | 1,81 | 390 | 1,82 | 690 | 1,89 |
| 120 | 1,82 | 420 | 1,81 | 720 | 1,91 |
| 150 | 1,83 | 450 | 1,8 | 750 | 1,92 |
| 180 | 1,84 | 480 | 1,8 | 780 | 1,93 |
| 210 | 1,85 | 510 | 1,81 | 810 | 1,94 |
| 240 | 1,87 | 540 | 1,83 | 840 | 1,95 |
| 270 | 1,89 | 570 | 1,84 | 870 | 1,97 |
| 300 | 1,9 | 600 | 1,85 | 900 | 1,98 |
ΔT=0,17 ⁰БРисунок 2. График зависимости температуры от времени в опыте с кристаллогидратом.РасчёттеплоёмкостикалориметрическойустановкиДж/К, гдеCр-р – удельная теплоёмкость раствора, 4,18 Дж/г∙К;mр-р – масса раствора во внутреннем стакане, 300 г;CHg – объёмная теплоёмкость ртути и стекла, 1,92Дж/см3∙К;VHg – объём баллона термометра, содержащего ртуть, 4мл;Cст – удельная теплоёмкость стекла, 0,79Дж/г∙К;mст – общая масса стеклянных частей калориметрической установки, 124,5г;Дж/КВычисление интегральной теплоты растворения безводной соли и кристаллогидратаДж/мольnсоли- количество вещества соли (безводной или кристаллогидрата), моль;кДж/молькДж/мольВычисление теплового эффекта процесса гидратацииДж/молькДж/мольВычисление относительной инструментальной ошибкиδCcal – относительная погрешность расчётного определения теплоёмкости системы, 0,03Дж/К;δT – погрешность определения температуры (цена деления термометра Бекмана), 0,005⁰Б;δm – техническая характеристика весов,