МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

Череповецкий государственный университет

Кафедра химии

Химическая термодинамика

Лабораторный практикум по физической химии

Часть 1

Факультет: инженерно-технологический

Череповец 1997

Химическая термодинамика: Лабораторный практикум по физической химии.Ч.1.Череповец:ЧГУ,1997.-31с.

Практикум содержит теоретический материал, описание экспериментальных установок, приборов и реактивово, порядок выполнения работ, алгоритмы обработки экспериментальных данных, ситуационный вопросы контроля знаний. Содержание и объём практикума соответствует государственному стандарту дисциплины «Физическая химия» для химических и металлургических специальностей вузов.

Рассмотрено на заседании кафедры химии , протокол №11 от 20.05.97. Одобрено редакционной комиссией инженерно-технологического факультета, протокол №4 от 20.05.97.

Рецензенты: В.И.Ганчуков – к.т.н., профессор кафедры ХТиО;

М.А.Быкова – к.т.н., доцент кафедры физики

Составитель: Г.А.Котенко – канд.хим. наук, доцент

С Череповецкий государственный университет, 1997

1. Термохимия

1. Цель работы

Формирование навыков экспериментального определения тепловых эффектов реакций на примере определения теплоты образования твердого раствора из двух твердых компонентов. Теплоты образования кристаллогидрата из безводной соли.

2. Теоретическая часть

Для большинства физико-химических расчетов необходимо знать тепловые эффекты процессов растворения, фазовых превращений и химических реакций. Эти величины можно измерить экспериментально. При температурах близких к комнатной (20 – 25⁰С), широко применяется калориметрический метод.

При калориметрических опытах величина и знак теплового эффекта процесса ΔН определяются по изменению температуры калориметра Δt:

(1)

где m_i – массы исследуемого вещества, калориметра и вспомогательных устройств (мешалки, ампулы, термометра); c_i – удельные теплоемкости исследуемого вещества, калориметра и вспомогательных устройств; с_w – суммарная теплоемкость калориметрической системы.

Уравнение (1) может быть записано:

(2)

где К – константа калориметра, т.е. теплоемкость частей калориметра и вспомогательных устройств, участвующих в теплообмене, Дж/К; c_i –теплоемкость содержимого калориметра; m_i – масса содержимого калориметра; - изменение температуры процесса, протекающего в условиях отсутствия теплообмена с окружающей средой.

Калориметр с изотермической оболочкой (диатермический) позволяет учесть теплообмен его с окружающей средой, что дает возможность вычислить изменение температуры , соответствующие опыту без теплообмена.

В работе следует определить теплоту образования твердого раствора KCl ∙ KBr из KCl и KBr, а также кристаллогидрата CuSO₄ ∙ 5H₂O из безводной соли CuSO₄. Теплоту образования твердого раствора ΔН_KCl∙KBr из кристаллических компонентов непосредственно в калориметрах обычного типа определить нельзя, т.к. скорость процесса чрезвычайно мала. Однако ΔН_KCl∙KBr можно определить калориметрически косвенным путем. Для этого следует предварительно приготовить твердый раствор при высокой температуре и определить теплоты растворения твердого раствора и механической смеси того же состава.

По закону Гесса:

ΔН_KCl∙KBr = ΔН_KCl+KBr = ΔН_{KCl, KBr} (3)

где, ΔН_KCl∙KBr - теплота образования твердого раствора из KCl и KBr;

ΔН_{KCl, KBr} - теплота растворения твердого раствора;

ΔН_KCl+KBr - теплота растворения механической смеси компонентов KCl и KBr:

(4)

где ΔН_KCl – молярная теплота растворения KCl; ΔН_KBr - молярная теплота растворения KBr; n_KCl - содержание вещества KCl, моль; n_KBr - содержание вещества KBr, моль.

Образование кристаллогидрата сульфата меди протекает по уравнению:

CuSO_{4 (тв)} + 5H₂O_(ж) → CuSO₄ ∙ 5H₂O_(тв) + ΔН _CuSO4∙5H2O.

Теплота этого процесса не может быть измерена в калориметре непосредственно, т.к. скорость образования CuSO₄ ∙ 5H₂O мала. При образовании устойчивого кристаллогидрата теплоту гидратации можно определить калориметрически. Практически теплоты образования кристаллогидратов определяют по разности теплот растворения безводной соли и кристаллогидрата в большом количестве воды:

ΔН _CuSO4∙5H2O = ΔН _CuSO4 = ΔН _{CuSO4, 5H2O} (5)