Дослід 1. Визначення теплоти розчинення нітрату калію у воді.

Під теплотою розчиненнятутрозуміємо зміну ентальпії при розчиненні 1моль речовини в даній кількості розчинника.

При розчиненні солі у воді відбуваються два основних процеси: перший - ендотермічний, пов'язаний зі зруйнуванням кристалічної гратки, другий - екзотермічний, обумовлений взаємодією частинок речовини, що розчиняється, з молекулами розчинника і утворенням гідратованих іонів. В залежності від того, який з цих двох процесів переважає, тепловий ефект розчинення може бути додатною чи від'ємною величиною.

У внутрішній стакан 2 калориметра (рис. 2.1) за допомогою мірного циліндру налийте 100 мл дистильованої води, температура якої повинна бути близька до кімнатної. Зберіть установку як показано на рисунку. Термометр перед дослідом опускайте в калориметр останнім і закріпляйте тримачем 8, після досліду - виймайте з приладу в першу чергу. Перемішуйте рідину вручну, рівномірно піднімаючи та опускаючи мішалку 7. Водночас впродовж декількох хвилин виміряйте температуру води. Показання термометра фіксуйте через кожну хвилину до сотих часток градусу, які відміряються на око. Якщо на протязі 5 хвилин температурні зміни досить рівномірні (вони складають так званий початковий період досліду), то у визначений момент відліку часу швидко висипте через лійку 6 в стакан 2 наважку солі. Розмішування не припиняйте для прискорення процесу розчинення солі. З моменту висипання солі починається головний період досліду. За рахунок розчинення відбувається різка зміна температури, тому виміри проводьте до десятих часток градусу через кожні 15-20 секунд. Пропускання відліку не допускається. Після закінчення розчинення солі температурний хід знову стає рівномірним, що є початком заключного періоду. У цьому останньому періоді впродовж 5 хвилин температурний відлік проводьте кожну хвилину, як і на початковому етапі.

Результати експерименту виразіть в графічному вигляді на міліметровому папері. На осі абсцис нанесіть час в хвилинах (1 см відповідає 1 хвилині), на осі ординат - показання температури за термометром. Приклад такої залежності для ендотермічного розчинення солі наводиться на рисунку.

Теплота процесу витрачається по рівнянню (1) на нагрівання розчинника і солі. Розрахуйте ентальпію розчинення KNO₃ у воді відносно 1 моль солі (кДж/моль):

Теплота процесу витрачається по рівнянню (2.8) на нагрівання розчинника і солі. Розрахуйте ентальпію розчинення KNO₃ у воді відносно 1 моль солі (кДж/моль):

ΔH = - (m1сP1+ m2сP2)· Δt · М/1000×m2,

(2.8)

де m₁ = 100 г - маса розчинника;

m₂ - маса солі, г; 1000 – ділимо для перерахунку Дж в кДж;

с_P1 = 4,18 Дж/(г·К) – питома теплоємність розчинника (води);

с_P2 = 0,953 Дж/(г·К) – питома теплоємність нітрату калію;

Δt = t₂-t₁ - інтервал зміни температури, визначений графічно;

М - молярна маса солі, г/моль.

Процес розчинення нітрату калію є ендо- чи екзотермічним? Поясніть висновок з точки зору двох основних конкуруючих теплових процесів, що супроводжують розчинення солі. Порівняйте одержаний результат з теоретичним значенням стандартної ентальпії розчинення KNO₃ (H⁰₂₉₈ = +35,4 кДж/моль). Визначте похибку досліду у відсотках.

 

Контрольні запитання

1. Якими термодинамічними функціями можна описати стан системи?

2. Яка залежність між ентальпійним та ентропійним факторами у стані рівноваги?

3. Що є критерієм напрямку самочинного перебігу реакції за низьких та високих температур?

4. Визначте теплоту згоряння одного кубометра (н.у.) метану СН₄ і пропану C₃Н₈. Який з цих двох газів вигідніше застосовувати в якості балонного газоподібного палива?

5. Обчисліть теплові ефекти реакцій металотермічного утворення 1 кг заліза в реакціях:

Fe₂O₃ + 2 Al = Al₂O₃ + 2 Fe

Fe₂O₃ + 2 Cr = Cr₂O₃ + 2Fe

Чи можна ці реакції використовувати для зварювання сплавів на основі заліза?

6. Порівняйте теплові ефекти за стандартних умов реакцій відновлення оксиду заліза (III) різними відновниками:

а) Fe₂O_3(к) + 3Н_2(г) = 2 Fe_(к) + 3Н₂О_(г)

б) Fe₂O_3(к) + 3С_{(графіт)} = 2 Fe_(к) +3 CO_(г)

в) Fe₂O_3(к) + 3 CO_(г) = 2 Fe_(к) + 3 CO_2(г)

7. Обчисліть стандартні зміни енергії Гіббса і визначте, які з наступних реакцій можна використовувати для одержання металів з їх оксидів:

а) Fe₂O_3(к) + 2 Al_(к) = 2 Fe_(к) +Al₂O_3(к)

б) 3СаО_(к) + 2 Al_(к) = 3Са_(к) + Al₂O_3(к)

в)Cr₂O_3(к) + 2 Al_(к) = 2Cr_(к) + Al₂O_3(к)

г) Fe₂O_3(к) + 2Cr_(к) = 2 Fe_(к) +Cr₂O_3(к).

8. Пряма чи зворотна реакція може протікати за стандартних умов у системі:

2NO_(г) + О_2(г) = 2NO_2(г).

Відповідь мотивуйте обчисленням DG прямої реакції