Модуль 2. Закономірності перебігу хімічних процесів

Мета модуля – формування розуміння закономірностей перебігу реакцій і управління ними: енергетика, швидкість і рівновага взаємодіючих систем.

За модулем студенти повинні вміти:

– Обчислювати тепловий ефект хімічної реакції, зміну енергії Гіббса та ентропії за наслідком із закону Гесса, передбачати напрямок реакції.

– Передбачати характер зміни ентропії в реакції за рівнянням та агрегатним станом вихідних речовин і продуктів.

– Розраховувати критерій можливості процесів за різними температурами (зміну енергії Гіббса за відомими значеннями зміни ентальпії та ентропії).

– Обчислювати швидкість прямої та зворотної реакцій, зміну швидкості (прискорення чи сповільнення) реакцій при зміні концентрацій речовин, тиску, температури.

– Визначати напрямок зсуву рівноваги реакції при впливі зовнішніх факторів: концентрації вихідних речовин або продуктів, температури, тиску тощо.

Література: [1] c. 74-110, [2] c. 119-155, [3] c. 130-149, 159-178, [4] c. 76-103, [5] c. 175-224.

Лабораторна робота № 1

Визначення теплового ефекту реакції

Мета роботи: визначити дослідним та розрахунковим методами тепловий ефект реакції нейтралізації хлоридної кислоти натрій гідроксидом та обчислити відносну похибку досліду.

Обладнання та реактиви: калориметр, циліндр, термометр, розчин із молярною концентрацією натрій гідроксиду 1 моль/л, розчин із молярною концентрацією хлоридної кислоти 1 моль/л.

Хід роботи

1. Зважте внутрішню склянку калориметра.

2. Відміряйте циліндром 50 мл розчину натрій гідроксиду (NaOH), внесіть його в склянку і визначте температуру.

3. Відміряйте циліндром 50 мл розчину хлоридної кислоти (HCl).

4. Термометр опустіть у розчин хлоридної кислотиі визначте температуру.

5. Розчин кислоти вилийте в розчин лугу і простежте за зміною температури. Запишіть кінцеву максимальну температуру розчину.

6. Отримані дані занесіть у таблицю 2.1.

 

Таблиця 2.1

Маса склянки, г	Об’єм, мл	Температура, ^0C	Загальна маса розчину (mp), г
HCl	NaOН	початкова	кінцева	DT=Tк.–Tпоч.
			HCl, Tпоч.	NaOH, Tпоч.	розчину Tк.

 

7. Виконайте розрахунки:

7.1. Теплоти, що виділяється чи поглинається в калориметрі, за формулою:

Q = (m_p · C_p + m_ск · С_ск) · DT, де m_p – маса розчину, г; C_p – питома теплоємність розчину дорівнює питомій теплоємності води, тобто 4,184 Дж/(г·К); m_ск – маса склянки, г; С_скла – питома теплоємність скла дорівнює 0,753 Дж/(г·К).

Q = ___________________________________________________________________

7.2. Кількості моль-еквівалентів кислоти, що приймає участь в реакції. ____________________________________________________________________________________________________________________________________________

7.3. Теплоти нейтралізації () для 1 моль еквівалента кислоти.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________

7.4. Теплового ефекту реакції нейтралізації одного еквівалента сильної кислоти (чи лугу) за скороченим йонним рівнянням: Н⁺(р) + ОН^–(р) = Н₂О(р), якщо =–286,0 кДж/моль; =–230,2 кДж/моль; = 0.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________

8. Визначте відносну похибку досліду за формулою:

._____________________________________________

9. Висновок _______________________________________________________________________________________________________________________________

 

Завдання для самоконтролю до теми

"Хімічна термодинаміка"

 

1. Що вивчає термохімія?

2. Дайте визначення тепловому ефекту реакції. Назвіть типи хімічних реакцій за тепловим ефектом?

3. Сформулюйте закон Гесса та його наслідки.

4. Які рівняння називаються термохімічними?

5. Як визначити тепловий ефект реакції за стандартними ентальпіями утворення та стандартними ентальпіями згоряння?

6. Від чого залежить тепловий ефект реакції?

7. Які параметри стандартного стану?

8. Що характеризує ентропія?

9. За значенням якої термодинамічної функції можна визначити напрямок перебігу процесу для ізольованих та неізольованих систем?

10.Порівняйте реакцій відновлення ферум (ІІІ) оксиду різними відновниками при 298 К та визначте, якою із речовин можна найбільш ефективно і повно відновити залізо із оксиду Fe₂O₃ за умови 1100 К.

а) Fe₂O₃(к) + 3CO(г) = 2Fe(к) + 3CO₂(г);

б) Fe₂O₃(к) + 3C(графіт) = 2Fe(к) + 3CO(г);

в) Fe₂O₃(к) + 3Н₂(г) = 2Fe(к) + 3Н₂O(г).

11. Обчисліть значення реакцій та визначте, які з них можливі:

а) Cu(к) + ZnO(к) = CuO(к) + Zn(к);

б) FeO(к) + CO(г) = Fe(к) + CO₂(г);

в) 3Fe₃O₄(к)+ 8Al(к)= 9Fe(к) + 4Al₂O₃(к);

г) FeO(к) + ¹/₂C(графіт) = Fe(к) + ¹/₂CO₂(г).

12. Обчисліть значення та визначте, які з оксидів можуть бути відновлені алюмінієм при 298 К: СаО, FeO, CuО, РbO, Fe₂O₃, Cr₂O₃.

13. Визначте знак зміни ентропії наступних процесів за рівняннями:

а) 2NO(г) + O₂(г) = 2NO₂(г);

б) 2H₂S(г) + 3O₂(г) = 2H₂O(p) + 2SO₂(г);

в) CO₂(к) = CO₂(г);

г) 2N₂(г) + O₂(г) = 2N₂O(г);

д) NH₄NO₃(к) =N₂(г) + 2H₂O(г) + ½O₂(г).

Лабораторна робота № 2

Досліди до теми: Швидкість хімічних реакцій. Каталіз