Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Уфимский государственный авиационный технический университет

Термохимические измерения Методические указания

к лабораторной работе по курсу “Физическая и коллоидная химия”

для студентов специальностей 280101 “Безопасность жизнедеятельности в

техносфере”, 280103 “Защита в чрезвычайных ситуациях”,

направления 280200 “Защита окружающей среды”

Уфа 2008

Термохимические измерения

Термохимия — раздел физической химии, изучающий тепловые эффекты химических реакций и физико-химических процессов: кристаллизации, гидратации, растворения и др. Задачей термохимии является изучение тепловых эффектов химических реакций.

Тепловым эффектом называется количество теплоты, которое выделяется или поглощается при протекании химической реакции. При этом должно соблюдаться условие, чтобы система не совершала никакой работы, кроме расширения.

Теоретической основой термохимии служит закон Гесса, согласно которому тепловой эффект реакции зависит только от начального и конечного состояния реагирующих веществ и не зависит от того, каким путем они перешли от одного состояния к другому.

Закон Гесса позволяет вычислить тепловой эффект реакции, если по каким-либо причинам его невозможно определить экспериментально.

Для определения тепловых эффектов процессов применяются калориметрические установки. В основе калориметрических измерений лежат законы Гесса и Кирхгофа.

Содержание калориметрии – измерения теплоемкостей систем различного состава, тепловых эффектов химических реакций и физико-химических процессов, установление зависимости тепловых эффектов от параметров состояний.

Знание теплоемкостей в пределах от 0 до Т К и тепловых эффектов позволяет производить все расчеты, относящиеся к равновесиям в технологических процессах.

Для определения тепловых эффектов, сопровождающих химические реакции, применяются специальные приборы, называемые калориметрами. Конструкция калориметрической установки зависит от особенностей изучаемого процесса. Калориметрическое определение ведется так, чтобы вся химическая энергия выделялась в виде теплоты или частично затрачивалась на совершение внешней работы расширения газа, которая может быть учтена.

Простейший калориметр может быть собран по схеме, показанной на рис.

Рис. Калориметр с изотермической оболочкой:

1 — калориметрический стакан;

2 — изотермическая оболочка;

3 — подставка;

4 — крышка;

5 — мешалка;

6 — термометр;

7 — лапка;

8 — штатив;

9 — пипетка для введения реактива

Химическая реакция ведется в стакане 1. Для более равномерного теплообмена с окружающей средой сосуд помещают в изотермическую оболочку 2. Стакан покрыт крышкой 4 с тремя отверстиями: для термометра 6, мешалки 5 и для пипетки 9. В стакан помещают навески реагирующих веществ, где они находятся до тех пор, пока не уравняется температура всех частей прибора. Определив температуру реагирующих веществ до начала реакции, проводят реакцию и определяют температуру в калориметре после реакции.

Изменение энтальпии веществ, находящихся в реакторе, повышает или понижает его температуру. Изменение температуры T регистрируют подходящим прибором. Умножив T на среднюю теплоемкость калориметрической системы С_к, получают искомую величину Н. Наоборот, сообщив реактору определенное количество теплоты, можно определить теплоемкость реактора С_к. Получаемые величины T или С_к тем точнее отвечают определенным температурам, чем меньше интервал T и чем точнее он измерен.

К важнейшим тепловым эффектам относятся: стандартные энтальпии (теплоты) сгорания и образования, теплоты растворения, нейтрализации, образования кристаллогидратов.

Работа 1.