No Image

Теплота растворения соли это

0 просмотров
11 марта 2020

Количество тепла, которое выделяется или поглощается при растворении 1 моля вещества в таком количестве растворителя, дальнейшее прибавление которого уже не вызывает изменения теплового эффекта, называется теплотой растворения.

При растворении солей в воде знак и величина теплового эффекта растворения ∆Н определяется двумя величинами: энергией, затрачиваемой на разрушение кристаллической решетки вещества (∆H1) – эндотермический процесс, и энергией, выделяемой при физико-химическом взаимодействии частиц растворяемого вещества с молекулами воды (процесс гидратации) (∆Н2) – экзотермический процесс. Тепловой эффект процесса растворения определяется алгебраической суммой тепловых эффектов этих двух процессов:

Тепловой эффект процесса растворения может быть как положительным, так и отрицательным.

Для практического определения теплот растворения обычно определяют количество тепла, поглощаемого или выделяемого при растворении произвольного количества соли. Затем эту величину пересчитывают на 1 моль, так как количество тепла прямо пропорционально количеству растворенного вещества.

Для термохимических измерений используют прибор, называемый калориметром.

Определение теплоты растворения ведут по изменению температуры раствора, поэтому точность определения зависит от цены деления (точности) используемого термометра. Обычно диапазон измеряемых температур лежит в интервале 2-3°С, а цена деления термометра не более чем 0,05°С.

ХОД РАБОТЫ

Для выполнения работы используйте калориметр, состоящий из теплоизоляционного корпуса, крышки со встроенными электрической мешалкой и термометром, а также отверстием с пробкой.

Получите у преподавателя задание: тип растворяемого вещества.

Откройте пробку на крышке калориметра и залейте в него 200 мл воды, закройте пробку и выдержите 10-15 минут для установления постоянной температуры (tнач). За это время на весах, используя кальку или часовое стекло, получите навеску вашего вещества (1,5 – 2,0 г) предварительно тщательно растертого в ступке. Полученную навеску, по возможности быстро, через отверстие в крышке поместите в калориметр при включенной мешалке. Следите за изменением температуры. После установления теплового равновесия (температура стабилизируется) запишите максимальную температуру раствора (tmaх)и рассчитайте ∆t = tmaxtнач. По полученным данным рассчитайте теплоту растворения соли, используя уравнение:

где q – теплота, выделившаяся (или поглотившаяся) в калориметре (кДж); m – навеска соли (г); М – молярная масса растворяемого вещества (г/моль);

Теплота q определяется на основании экспериментальных данных из соотношения:

где mст – масса стакана (г); mр-ра – масса раствора, равная сумме масс воды и соли в стакане (г); Сст– удельная теплоемкость стекла 0,753 Дж/г∙К;

Ср-ра – удельная теплоемкость раствора (воды) 4,184 Дж/г∙К.

Сравнив полученный результат с данными табл.2 , рассчитайте относительную ошибку опыта ( в %).

Теплота гидратации соли и её определение

Физико-химический процесс взаимодействия частиц растворенного вещества с молекулами воды (растворителя) называется гидратацией. В процессе гидратации образуются сложные пространственные структуры, называемые гидратами, и при этом в окружающую среду выделяется энергия в виде тепла.

Тепловой эффект реакции образования 1 моль гидратированной соли из безводной соли называется теплотой гидратации.

При растворении в воде безводной соли, способной образовывать гидраты, последовательно протекают два процесса: гидратация и растворение образовавшегося кристаллогидрата. Например:

Растворение электролитов сопровождается процессом электролитической диссоциации. Теплота гидратации молекулы равна сумме теплот гидратации образовавшихся при этом ионов с учетом теплоты диссоциации. Процесс гидратации-экзотермический.

Приближенно теплота гидратации вещества может быть определена как разность между теплотами растворения безводной соли и ее кристаллогидрата:

где ∆Hгидр – теплота гидратации молекул;

Hбезв – теплота растворения безводной соли;

Hкрист – теплота растворения кристаллогидрата.

Таким образом, для определения теплоты гидратации молекул необходимо предварительно определить теплоту растворения безводной соли и теплоту растворения кристаллогидрата этой соли.

ХОД РАБОТЫ

Теплоту растворения безводного сульфата меди CuS04 и кристаллогидрата CuS04×5H20 необходимо определить, используя лабораторный калориметр и методику проведения работы 1.

Читайте также:  Гармин не видит спутники

Для более точного определения теплоты гидратации необходимо получить навески по 10-15 г кристаллогидрата и безводной соли сульфата меди. Необходимо знать, что безводная соль меди легко поглощает воду из воздуха и переходит в гидратированное состояние, поэтому безводную соль необходимо взвешивать непосредственно перед опытом. По полученным данным необходимо рассчитать теплоты растворения безводной соли и кристаллогидрата, а затем из соотношения (3) определить теплоту гидратации. Рассчитайте относительную ошибку опыта в процентах, используя полученные данные и данные табл.2.

Тепловым эффектом химической реакции или какого-либо процесса называется количество теплоты, выделенной или поглощенной системой при отсутствии полезной работы и при одинаковой температуре исходных и конечных веществ. Тепловой эффект реакции зависит от агрегатного состояния и кристаллической модификации реагирующих веществ.

Химические реакции обычно протекают при постоянном давлении (открытая колба) или при постоянном давлении (в автоклаве), то есть являются соответственно изобарными (V=const) или изохорными (Р=const) процессами.

Процессы, сопровождающиеся выделением теплоты, называются экзотермическими а процессы, при которых теплота поглощается, называются эндотермическими.

В термохимических расчетах используют термохимические уравнения. В них указывают тепловой эффект реакции, фазовое состояние и полиморфную модификацию реагирующих и образующихся веществ. (г-газовое; ж-жидкое; к-кристаллическое, т-твердое; р-растворенное и др.). Например:

Термохимические расчеты проводят, используя энтальпии (теплоты) образования веществ. Под энтальпией образования понимают тепловой эффект реакции образования 1 моль вещества их простых. Обычно используют стандартные энтальпии образования (ΔΗ°обр. 298 или ΔΗ°f, 298). Стандартные энтальпии образования простых веществ, устойчивых в стандартных условиях, приняты равными нулю.

В основе термохимических расчетов лежит закон Гесса: тепловой эффект химической реакции зависит только от начального и конечного состояния системы и не зависит от ее промежуточных состояний.

Следствия закона Гесса:

· Тепловой эффект разложения какого-либо соединения равен, но противоположен по знаку тепловому эффекту его образования.

· Если две реакции из различных начальных состояний приходят к одному конечному, то разность их тепловых эффектов равна тепловому эффекту перехода из одного начального состояния в другое.

· Если две реакции имеют одинаковые начальные состояния и разные конечные, то разность их тепловых эффектов равна тепловому эффекту перехода из одного конечного состояния в другое.

Закон Гесса позволяет рассчитывать теплоты образования нестабильных соединений и тепловые эффекты реакций, которые нельзя осуществить экспериментально.

Согласно закону Гесса тепловой эффект реакции представляет собой разность между суммой энтальпий образования продуктов реакции и суммой энтальпий образования исходных веществ. Для реакции

тепловой эффект Н определяется равенством

На практике при проведении термохимических измерений наиболее часто определяют следующие тепловые эффекты: теплоту образования, теплоту разложения, теплоту сгорания, теплоту растворения и теплоту нейтрализации.

Теплотой образования вещества называется тепловой эффект реакции образования 1 моля сложного вещества из простых, наиболее устойчивых при температуре 25˚С (298 0 К) и р = 101,3 кПа. Например:

Теплотой разложения вещества называется количество теплоты, выделяемое или поглощаемое при разложении 1 моля сложного вещества на более простые соединения, например:

СаСО3 = СаО + СО2 + 179,08 кДж

Теплотой сгорания называется тепловой эффект реакции окисления 1 моля данного соединения кислородом с образованием высших оксидов соответствующих элементов, например:

Теплотой растворения называется количество теплоты, которое выделяется или поглощается при растворении 1 моля вещества в таком объеме растворителя, чтобы при дальнейшем разбавлении раствора не наблюдалось изменения теплового эффекта.

При растворении соли в воде протекают одновременно два процесса:

3) разрушение кристаллической решетки вещества. При этом тепло поглощается (Q1);

4) гидратация ионов. При этом тепло выделяется (Q2).

Читайте также:  Свойства квадрата целого числа

Тепловой эффект растворения соли будет равен сумме тепловых эффектов этих процессов:

Поэтому вещества, обладающие прочной кристаллической решеткой и слабо гидратирующиеся в растворе, растворяются с поглощением тепла. Вещества с невысокой прочностью кристаллической решеткой, образующие в растворе сильно гидратированные ионы растворяются с выделением тепла.

Теплота растворения вещества увеличивается с разбавлением, но лишь до 100- 300 моль растворителя на 1 моль растворяемого вещества. Дальнейшее разбавление раствора практически не изменяет величину теплоты растворения.

Теплотой нейтрализации называется количество теплоты, выделяющееся при взаимодействии эквивалента кислоты с эквивалентом щелочи. При нейтрализации водных растворов сильных кислот сильными основаниями выделяется всегда одинаковое количество тепла, равное 57,11 кДж на 1 моль-эквивалент кислоты или основания (закон постоянства теплоты нейтрализации). Это объясняется процессом взаимодействия ионов:

Н3О + + ОН – = 2Н2О – 57,11 кДж (13,65 Ккал)

Сказанное справедливо для растворов сильных кислот и оснований. В случае растворов слабой кислоты или основания процесс взаимодействия сопровождается диссоциацией слабого электролита. Диссоциация имеет характерный для каждого вещества тепловой эффект (тепловой эффект диссоциации)..

Второй закон термодинамики устанавливает возможность, направление и предел протекания самопроизвольных процессов. Чаще всего встречаются несколько формулировок второго закона:

Теплота не может сама собой переходить от менее нагретого тела к более нагретому.

Невозможен вечный двигатель второго рода, т. е. невозможна такая периодически действующая машина, которая позволяла бы получать работу только за счет охлаждения источника теплоты.

Эти формулировки связаны друг с другом и вытекают одна из другой. Обе они указывают на невозможность самопроизвольного протекания определенных процессов. Для оценки возможности протекания процесса в том или ином направлении введена величина – энтропия. Энтропия – это мера беспорядка.

При переходе системы из более упорядоченного в менее упорядоченное состояние энтропия возрастает (ΔS>0). В случае перехода из менее упорядоченного состояния в более упорядоченное энтропия системы уменьшается (ΔS

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: На стипендию можно купить что-нибудь, но не больше. 9136 – | 7299 – или читать все.

Теоретическая часть

Тепловой эффект реакции – это теплота, выделенная или поглощенная термодинамической системой при протекании в ней химической реакции.

Процесс растворения твёрдого соединения (соли) с ионной кристаллической решёткой в воде или в каком-либо другом растворителе можно разбить на две стадии:

1. разрушение кристаллической решётки и удаление ионов этой соли на бесконечное расстояние друг от друга (или на расстояние, определяемое объёмом раствора);

2. взаимодействие образовавшихся ионов с молекулами растворителя.

Теплота растворения – тепловой эффект процесса растворения 1 моля вещества в бесконечно большом количестве растворителя. Измеряется в кДж.

Теплота растворения складывается из двух составляющих: теплоты разрушения кристаллической решётки (для твёрдого вещества) и теплоты сольватации.

(1)

Интегральная теплота растворения ( ) – тепловой эффект, сопровождающий процесс растворения (при ) 1 моля (молярная) или 1 г (удельная) соли в данном количестве растворителя с образованием раствора молярной концентрации .

Прибавление воды к раствору также сопровождается тепловым эффектом – теплотой разведения.

Интегральная теплота разведения – тепловой эффект, наблюдающийся при разбавлении раствора, содержащего 1 моль растворённого вещества, до бесконечного разведения, т.е. до . Тогда:

(2)

Промежуточная теплота разведения – тепловой эффект, сопровождающий разбавление раствора, содержащего 1 моль растворённого вещества, от концентрации до меньшей концентрации . Она равна разности соответствующих интегральных теплот растворения:

(3)

Тепловой эффект, который получается при концентрировании раствора от до , называется промежуточной теплотой растворения:

(4)

Величина теплового эффекта процесса растворения зависит от концентрации полученного раствора, и для данной соли (вещества) можно получить ряд значений теплоты растворения, соответствующих различным концентрациям вещества.

Читайте также:  Мобильное приложение для сайта бесплатно

Калориметрическая система.

Схема калориметрической системы (лабораторной установки):

1. изотермическая оболочка;

3. калориметрический стакан;

5. калориметрическая жидкость;

6. пробирка с солью.

Тепловой эффект процесса растворения соли в калориметрической системе определяется экспериментально по изменению температуры в калориметре :

(5)

где – масса воды, г; – теплоёмкость воды, ( ); – масса стакана; – теплоёмкость стакана, ; – масса термометра, г; – теплоёмкость термометра, ; – масса мешалки, г; – теплоёмкость мешалки, .

Параметры уравнения (5), такие как масса и теплоёмкость стакана, мешалки и термометра можно считать постоянными величинами в процессе эксперимента и объединить сумму их произведений в величину, называемую постоянной калориметра:

(6)

Тогда уравнение (5) может быть записано в виде:

(7)

где К – постоянная калориметра или теплоёмкость всех частей калориметра и вспомогательных устройств, участвующих в теплообмене, Дж/К; – изменение температуры в процессе растворения, протекающего в условиях отсутствия теплообмена калориметра с окружающей средой.

Постоянную калориметра можно предварительно определить из отдельного эксперимента через тепловой эффект процесса растворения соли с известной теплотой растворения (например, KCl или NH4Cl) из выражения:

(8)

(9)

где – количество теплоты, которое поглощается при растворении определенного количества KCl (данная соль растворяется с понижением температуры); – изменение температуры при растворении навески соли KCl.

Количество теплоты при растворении неизвестной соли определяется по уравнению:

(10)

где – количество теплоты, которое выделяется или поглощается при растворении определенного количества неизвестной соли; – изменение температуры при растворении данной навески неизвестной соли. Рассчитав по уравнению количество теплоты , можно определить удельную теплоту растворения неизвестной соли:

(11)

где – величина навески неизвестной соли, г.

Для того, чтобы определить какая соль была взята в качестве неизвестной, полученную удельную теплоту растворения нужно преобразовать в интегральную теплоту растворения и сравнить её со справочной величиной.

Экспериментальная часть

Опыт с известной солью Опыт с неизвестной солью
Соль _________ Масса соли =______ Масса воды =______ Соль №_____4____ Масса соли =__2г____ Масса воды =__100мл____
Время, мин Температура, ºС Время, сек Температура, ºС
0.000E+00 2.400E+01
3.000E+01 2.401E+01
6.000E+01 2.400E+01
9.000E+01 2.400E+01
1.200E+02 2.401E+01
1.500E+02 2.401E+01
1.800E+02 2.401E+01
2.100E+02 2.401E+01
2.400E+02 2.401E+01
2.700E+02 2.401E+01
3.000E+02 2.401E+01
3.300E+02 2.401E+01
3.600E+02 2.402E+01
3.900E+02 2.402E+01
4.200E+02 2.308E+01
4.500E+02 2.206E+01
4.800E+02 2.183E+01
5.100E+02 2.183E+01
5.400E+02 2.196E+01
5.700E+02 2.205E+01
6.000E+02 2.212E+01
6.300E+02 2.218E+01
6.600E+02 2.224E+01
6.900E+02 2.230E+01
7.200E+02 2.234E+01
7.500E+02 2.239E+01
7.800E+02 2.242E+01
8.100E+02 2.246E+01
8.400E+02 2.249E+01
8.700E+02 2.252E+01
9.000E+02 2.255E+01
9.300E+02 2.258E+01
9.600E+02 2.261E+01

1. Построение графической зависимости ______________________

(для известной соли __________)

Определение изменения температуры Δt _1,000__________

2. Построение графической зависимости ______________________

(для неизвестной соли __________)

Определение изменения температуры Δt ____1,855_______

3. Расчёт теплоты растворения:

1) определение количества молей известной соли:

2) расчет моляльной концентрации известной соли в растворе:

3) интегральная теплота растворения известной соли (из справочных данных) ______________ [ ]

4) расчет теплоты растворения известной соли:_____________________

5) расчет постоянной калориметра:________________________________

6) расчет теплоты растворения неизвестной соли:_____________________

7) расчет удельной теплоты растворения неизвестной соли: ____________

8) расчет интегральной теплоты растворения неизвестной соли (________)

Расчёт интегральной теплоты растворения на основе справочных данных для неизвестной соли (_____________)

1. определение количества молей исследуемой соли:

2. расчет моляльной концентрации исследуемой соли в растворе:

3. интегральная теплота растворения исследуемой соли (из справочных данных) ______________ [ ]

Интегральная теплота растворения исследуемой соли ____________

Экспериментальные данные Справочные данные

Расчёт относительной погрешности определения теплоты растворения неизвестной соли:

Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Компьютеры
0 комментариев
No Image Компьютеры
0 комментариев
No Image Компьютеры
0 комментариев
No Image Компьютеры
0 комментариев
Adblock detector