Тема: Термодинамика фазовых равновесий

Тепловой эффект процесса в калориметрическом опыте выражается уравнением:

ΔН_m = C_к • Δt

C_к –теплоемкость калориметрической системы, которая равна сумме теплоемкостей всех ее частей. C_к остается постоянной при опытах в данном калориметре с различными солями.

Δt – изменение температуры в процессе растворения, которое определяется графически.

Задание 1. Определение теплоемкости калориметрической системы методом водяного эквивалента – путем проведения реакции с известным тепловым эффектом.

Теплота растворения (ΔН_m) 10,35г KCl в 0,5л воды составляет 2436,68 Дж.

1. Залить в калориметр 0,5 кг (0,5л) воды комнатной температуры и установить его на магнитную мешалку.

2. Отвесить на весах 10,35г тщательно измельченный (в ступке) KCl и перенести в пробирку, которую укрепить в крышке калориметра.

3. В отверстие крышки установить термометр на такой высоте, чтобы ртутный резервуар был покрыт водой, опустить стержень и включить мешалку.

4. Записать изменение температуры, через каждые 30 сек. (0,5 мин.)

5. После установления равномерного изменения температуры (примерно 10 отсчетов температуры предварительного периода) ввести в калориметр KCl, быстро высыпав его из пробирки в воду и поставив пустую пробирку на прежнее место, продолжая отмечать температуру. В результате растворения соли температура в калориметре резко изменится. Это «главный период».

6. Когда начнется выравнивание температуры воды и окружающей среды, кончается «главный период» и начинается «заключительный период». После 8-10 замеров в этом периоде опыт закончить. Полученные данные занести в таблицу:

 

τ, мин.
to C

 

На основании экспериментальных данных начертить график изменения температуры от временив ходе калориметрического опыта на миллиметровой бумаге. Из графика найти изменение температуры KCl. Примерный график изображен на рис.1, где АВ – предварительный период; ДЕ – заключительный период, когда система возвращается в первоначальное состояние; ВД – главный период растворения соли.

t^оС

A

B

 

 

Δt E

 

Д

 

В' Д' τ, мин.

 

Из точек Д и В опускаются перпендикуляры на ось времени, отрезок ВД делится пополам и из его середины восстанавливается перпендикуляр до пересечения продолжения ДЕ и АВ, что и есть искомая величина.

 

 

Теплоемкость калориметрической системы равна:

ΔН_KCl Дж

C_к = ------------; --------- (ΔН_KCl = 2436,8 Дж)

Δt_KCl град.

 

Задание 2. Определение интегральной теплоты растворения соли

Для определения теплоты растворения соли (ΔН_C) провести второй опыт в той же последовательности с заданной преподавателем солью и определить Δt_C. Расчет ΔН_C провести одним из указанных способов:

А) Если навеска соли и воды во втором опыте взяты равными навеске KCl и воды в первом, то интегральную теплоту растворения соли рассчитать по формуле:

ΔН_C = C_к • Δt_с • М_с/g_c Дж/моль

Б) Если они различны, то интегральную теплоту растворения соли определить по формуле:

ΔН_C = [(G + g_c) C_к + K] Δt_с • М_с/g_c;

Где G – навеска воды во втором опыте с заданной солью, вес которой g_c

 

ЛИТЕРАТУРА

1.Евстратова К.И. Физическая и коллоидная химия. М., ВШ. 1990.

2.Киреев В.А. Краткий курс физической химии. М., Химия, 1978.

3.Патсаев А.К., Шитыбаев С.А., Нарманов М.М. Руководство к лабораторно-практическим занятиям по физколлоидной химии 1-часть. Шымкент, 2002г.

4. Тесты по теме занятия.

7. Контроль:

1. Химические реакции, идущие с выделением энергии называются:

А) эндотермической;

В) экзотермической;

С) термической;

D) эндоэргонической

2. Стандартная энтальпия образования простых веществ равна:

А) ΔН = ΔU;

В) ΔН = H₂ + H₁;

С) ΔН = 0;

D) ΔН = H + pV

3. Если внутренняя энергия системы уменьшается, то реакция протекает:

A) с выделением энергии;

B) без изменения энергии;

C) с поглощением энергии;

D) с поглощение и выделением энергии;

4. По уменьшению энергии Гиббса можно судить:

A) о тепловом эффекте реакции;

B) о самопроизвольном протекании реакций;

C) о сдвиге химического равновесия;

D) о работе, совершаемой системой

5. Процесс находится в состоянии равновесия, если:

A) ΔG^o<0;

B) ΔG^o=0;

C) ΔG^o>0;

D) ΔG^o = ΔH-TΔS

6. Мерой неупорядоченности системы является:

A) энтальпия;

B) энтропия;

C) энергия Гиббса;
D) внутренняя энергия

7. Энтальпия реакции можно определить по закону:

A) действующих масс;

B) Гесса;

C) Вант-Гоффа;

D) Генри

8. Стандартная энергия Гиббса (ΔG^o_{реакции}) для СаО, ZnO, NiO соответственно равны: -635,5; -350,6; -239,7 кДж/моль. Из этих оксидов может быть восстановлен водородом до свободного металла:

A) СаО;

B) ZnO;

C) NiO;

D) ни один из них

Занятие №2

Тема: Термодинамика фазовых равновесий

2. Цель: Научить студентов экспериментально определять температуру гомогенизации и гетерогенизации смесей различного состава с ограниченной растворимостью.

3. Задачи обучения:

Диаграмма взаимной растворимости жидкостей и более сложных смесей лежит в основе теории и практики, разложения смесей жидкостей различными способами, поэтому знание этой темы студентам пригодится при изучении органической химии, технологии лекарств.

4. Основные вопросы темы:

1. Какие случаи взаимной растворимости жидкостей вы знаете?

2. Что называют верхней и нижней критической температурой растворения?

3. Дать формулировку и объяснить правило Алексеева.

4. Какие растворы жидкостей в жидкостях называют идеальными?

5. Сформулировать закон Рауля и объяснить, для каких растворов он применяется.

6. Объяснить причину положительных и отрицательных отклонений от закона Рауля?

7. Сформулировать и объяснить 1 и 2 законы Коновалова.

5. Методы обучения и преподавания: семинар, работа в малых группах, обучающие тесты, тестирование по теме занятия.

ЛИТЕРАТУРА