Основные задачи термохимии. Использование калориметрических методов для определения теплот растворения солей (стр. 3 из 3)
Определение удельной интегральной теплоты растворения соли.
В работе следует определить суммарную теплоемкость системы и удельную интегральную теплоту q растворения соли.
Тепловой эффект, сопровождающий растворение твердого вещества в жидкости и отнесенный к 1 г растворяемого вещества, называют удельной теплотой растворения. Тепловой эффект, отнесенный к 1 моль растворяемого вещества, называют молярной теплотой растворения. Теплота растворения зависит от концентрации раствора. Различают интегральную теплоту растворения – тепловой эффект, сопровождающий процесс растворения 1 моль (молярная) или 1 г (удельная) вещества в данном количестве вещества в бесконечно большом количестве раствора заданной концентрации. Интегральные теплоты растворения определяют экспериментально, а диффиринциальные вычисляют по зависимости интегральных теплот растворения от концентрации раствора:
(2)Первый вариант. Суммарная теплоемкость системы сw определяется электрическим методом.
Последовательность выполнения работы.
1. Определение изменения температуры Dtраствпри растворении исследуемого вещества и продолжительности главного периодаDt. В стакан калориметра залить 200 мл воды. Отвесить на технических весах 2 г тщательно измельченного исследуемого вещества, перенести его во взвешенную на аналитических весах ампулу и вновь взвесить ее. Укрепить ампулу в крышке термостата, погрузив в воду. После одиннадцатого отсчета разбить пробойником ампулу, не прерывая записи температуры через каждые 30 секунд. Температура воды при эндотермическом растворении сначала резко падает (главный период), затем начинает равномерно расти, приближаясь к средней температуре системы. Отсчетом температуры, с которой начинается ее равномерное повышение, кончается главный период калориметрического опыта и начинается конечный период.
Определить графически изменение температуры Dtраств и продолжительность главного периода Dt.
2. Определение суммарной теплоемкости сw системы. Суммарная теплоемкость калориметрической системы зависит от условий проведения калориметрической системы зависит от условий проведения калориметрического опыта, поэтому ее следует определять при условиях, близких к условиям проведения калориметрического опыта, поэтому ее следует определять при растворении соли (определение Dtраств). Наиболее важно добиться одинаковой продолжительности главного периода Dt и одинаковых абсолютных величин Dt в обоих опытах. Изменение температуры Dtэ содержимого калориметра зависит от силы тока при пропускании его через нагреватель. Чтобы установить силу тока, при Dtэ будет равно Dtраств, необходимо провести три опыта, пропуская в нагреватель, погруженный в раствор, ток силой I1=1 A, I2=2 A, I3=3 A в течение времени t=Dt. Построить график Dtэ=f(I) и определить интерполяцией силу тока, при котором Dtэ=Dtраств.
Построить график Dtэ=f(I): отложить по оси ординат температуру 0,1о=10мм, по оси абсцисс – силу тока 1А=50мм и определить силу тока при Dtэ=Dtраств. Установить с помощью реостата силу тока, проходящего через нагреватель, записать соответствующее показание вольтметра Е. Вычислить Сw по уравнениям С=сm или 
, подставив в него найденные значения I, Е, Δtэ, Δτ. Вычислить q по уравнению (2).
Работа 3. Определение интегральной теплоты растворения соли при образовании концентрированного раствора
В работе необходимо определить теплоту растворения соли с образованием раствора, концентрация которого близка к насыщению. Если конечная концентрация раствора близка к насыщению, то скорость растворения настолько замедляется в конце процесса, что прямое определение теплоты 1растворения Q становится невозможным. Это подтверждается уравнением
(3)
где dC/dt—скорость растворения; К—константа скорости растворения; Снас и Сх—концентрация соли в насыщенном растворе и в момент времени t. Скорость растворения в конце процесса настолько замедляется (Снас—Сх®0), что прямое определение интегральной теплоты растворения Q становится невозможным. Теплоту растворения в этом случае определяют косвенным путем.
Теплоту образования концентрированного раствора определяют в две стадия. Каждая стадия протекает с достаточно большой скоростью. В первой стадии определяют теплоту растворения Q1 солипри образовании раствора концентрации m2 меньшей, чем m1, а во второй стадии — теплоту разбавления концентрированного раствора Q2 концентрации m1 до концентрации m2. Тогда по закону Гесса
Q=Q1-Q2 (4)
Величину Q1 вычисляют по зависимости интегральных теплотрастворения от концентрации, используя справочные данные. Значение Q2 определяют экспериментально и вычисляют по уравнению
(5)
где Сw—суммарная теплоемкость системы; Dtраств—изменениетемпературы в процессе разбавления; М—молекулярная масса соли; g-навеска соли, содержащейся в исходном объеме концентрированного раствора.
Список литературы:
1. Козырева Н.А., Кудряшов И.В. Практикум по органической химии 4-е издание. изд. “Высшая школа” 1986г. 495 с.
2. Химия и жизнь (Солтеровская химия) Часть I Понятия химии: Пер. с англ. – М.: РХТУ им. Д.И.Менделеева, 1997 – 337 с.
3. Калориметрия. Теория и практика: Пер. с англ./В.Хеммингер, Г.Хене. – М.: Химия, 1990 – 176 с.
4. Химическая энциклопедия т.4 с. 442 издательство “Большая Российская энциклопедия”., 1995 - 639 с.: ил.