ТЕРМОХИМИЯ. ЗАКОН ГЕССА. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ ЭФФЕКТОВ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНТРОПИИ РЕАКЦИИ.

КРАТКИЙ КОНСПЕКТ:

ОБЩАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ:устройство калориметра для измерения тепловых эффектов химических реакций. Измерение водяного числа калориметра и теплового эффекта химической реакции Zn + CuSO₄ = Cu + ZnSO₄ + Q.Расчет свободной энергии Гиббса (G) и изменения энтропии (ΔS).

ОБОРУДОВАНИЕ И РЕАКТИВЫ:

1. Калориметр с механической мешалкой;

2. Металлический цинк (3 г);

3. Хлористый калий (7,2 г);

4. 0,05 н раствор сульфата мели;

5. Измерительный стакан на 500мл

Задание 1. Определение постоянной калориметра

Теплота химической реакции, принимаемая или отдаваемая водяным калориметром, будет изменять температуру воды, находящейся в стакане Б, и температуру других частей прибора, находящихся в воде. В этом случае количество теплоты будет равно

Q = (M₁C₁ + M₂C₂) × Dt

где M₁ - масса воды, С₁ - теплоемкость воды, М₂ и С₂ - усредненные значения масс и теплоемкости для стекла стакана, мешалки и других частей калориметра.

Рис.1. Калориметр.

А – внешний сосуд, Б – внутренний сосуд, в который заливается реагент, Т – термометр, М – мешалка, В – воронка, через которую всыпается второй реагент.

При данном наполнении стакана Б и неизменности частей, погружаемых в воду, М₁С₁ + М₂C₂ = const = Z - постоянной калориметра. Таким образом,

Q = Z×Dt

из чего следует, что при Dt = 1° Q = Z, иначе говоря, постоянная калориметра - это количество теплоты, необходимое для изменения темпе­ратуры всех частей калориметра на 1°. Следовательно, до проведения эксперимента по определению теплового эффекта химической реакции Q_p следует прокалибровать прибор (калориметр), т.е. определить постоян­ную калориметра Z. Этого можно достичь, вводя или отнимая известное количество теплоты (Q_p) в данном калориметре с одновременным точным измерением изменения температуры. Тогда постоянную калориметра можно определить по формуле

В работе постоянная Z устанавливается по теплоте растворения KCl, для этого производят измерения изменения температуры при растворении KCl, данные заносят в таблицу 7.

Таблица 10

Определение постоянной калориметра

Масса KCl – 7,2 г.

Полученные данные наносят на миллиметровую бумагу, откладывая по оси абсцисс время в минутах, а по оси ординат – температуру. Через точки предварительного и заключительного периодов проводят прямые линии. Из последней точки предварительного и первой точки заключительного периода опускают перпендикуляр на ось абсцисс. Находят середину главного периода. Из середины главного периода проводят перпендикуляр до пересечения с продолжением прямых предварительного и заключительного периодов. Из точек пересечения опускают перпендикуляры на ось ординат. Отсекаемый отрезок на оси ординат (t₁ - t₂) равен Dt.

Тепловой Q_p, как ранее было сказано, вычисляется на 1 моль прореагировавшего вещества, но в данном случае в калориметре нахо­дилось g г вещества, а потому

где g - навеска КСl, М – молекулярная масса для КСl, Q_p в случае растворения KCl в воде равно 4440 кал/моль.

Задание 2. Определение теплового эффекта реакции окисления метал­лического цинка и восстановления ионов меди в водном растворе

Тепловые эффекты реакций измеряются так же, как постоянная калориметра.

Полученные данные записывают в таблицу 8, строят график изменения температуры и находят Dt.

Таблица 11

Определение теплового эффекта реакции

Тепловой эффект реакции рассчитывают по уравнению

,

где g_{CuSO4 5H2O} – количество кристаллогидрата, содержащегося в 400 мл 0,05 М раствора.

ВЫЧИСЛЕНИЯ:

Максимальная работа по перенесению заряда равна (Дж×моль^-1)

W = n × F × E ,

где n – число переносимых электронов, F - число Фарадея (96500 Кл), E - электродвижущая сила (1,10 В). Максимальная работа равна, но противоположна по знаку изменению свободной энергии DG. Следовательно, DG процесса можно рассчитать по уравнению

W = - DG

“ – “ означает, что работа совершается против сил внешней среды. При расчете DS “ минус “ не учитывается.

Свободная энергия является частью энтальпии и связана с ней соотношением DG = DH - T×DS, где T×DS – связанная энергия. Зная DH и DG, можно рассчитать энтропию реакции окисления цинка и восстановления ионов меди по уравнению

,

где Т – температура, при которой проводился эксперимент (температура окончания реакции окисления Zn с точностью до 1⁰).

После проведения вычислений их результаты заносят в таблицу 9.

Таблица 12

Результаты вычислений

Графическое определение Δt для вычисления постоянной калориметра ( Z ).

Δt =

Графическое определение Δt для вычисления теплового эффекта реакции.

• ⇐ Назад
• 1
• 2
• 3
• 4
• 567
• 8
• 9
• 10
• 11
• 12
• 13
• 14
• 15
• 16
• Далее ⇒