Главная | Обратная связь

Определение теплоты растворения соли

Цель работы: экспериментальное определение одной из важнейших термодинамических характеристик процесса растворения – молярной интегральной энтальпии растворения.

Реактивы: соли KCl, KBr, KNO₃, K₂SO₄, NH₄NO₃, твердый раствор KCl×KBr и др. (по указанию преподавателя), дистиллированная вода.

Теоретические сведения

Тепловой эффект растворения 1 моль или 1 г вещества называют соответственно молярной или удельной теплотой растворения. Теплота растворения зависит от концентрации раствора. Различают интегральную и дифференциальную теплоты растворения.

Интегральная теплота растворения – это тепловой эффект, сопровождающий процесс растворения одного моль (молярная) или 1 г (удельная) вещества в данном количестве растворителя.

Дифференциальная теплота растворения – тепловой эффект, сопровождающий процесс растворения 1 моль вещества в бесконечно большом количестве раствора заданной концентрации.

Интегральные теплоты растворения определяют экспериментально, а дифференциальные теплоты вычисляют по зависимости интегральных теплот от концентрации раствора.

Порядок выполнения работы

1. Опыт по растворению соли.

Подготовить калориметрическую установку к работе
(см. рис. 1.1). Налить в сосуд 900 см³ дистиллированной воды, соединить его с крышкой 4, закрепив на штативе, включить мешалку тумблером 9 на панели. Тумблером 8 включить регистрирующий прибор (мультиметр) и с помощью магазина сопротивлений установить необходимый диапазон и чувствительность измерений. Показания регистрирующего прибора снимать через каждые 30 с. Для записи температурного хода можно измерять любую величину, пропорциональную температуре, – омическое сопротивление термометра, падение напряжения в цепи термометра и др.

После завершения предварительного периода внести в сосуд через воронку взвешенную массу исследуемого вещества, фиксируя показания прибора через каждые 30 с до завершения главного и заключительного периодов (при работающей мешалке).

2. Опыт по определению теплоемкости калориметрической системы.

Заключительный этап первого опыта является предварительным этапом опыта по определению теплоемкости калориметрической системы (рис. 1.2). В главном периоде второго опыта тумблером 8 включить нагреватель 7. При этом автоматически включается электросекундомер. Записать показания вольтметра и амперметра, установленных на панели. Продолжительность пропускания тока не должна превышать 3 мин. Выключить нагреватель, записать точное время пропускания тока t. В ходе всего опыта непрерывно снимать показания мультиметра через каждые 30 с. После окончания опыта выключить мешалку и регистрирующий прибор, освободить сосуд и вылить его содержимое. Полученные результаты внести в табл. 1.1.

Т а б л и ц а 1.1

Исследуемое вещество –______ ; масса вещества m = ______ г;

сила тока I = _____ А; напряжение U = _______ В;

время пропускания тока t_н = ______с.

Продолжительность опыта, с
Показания прибора

Обработка опытных данных

1. Результаты представить в виде графической зависимости температуры или другой величины, пропорциональной температуре, от времени (рис. 1.2). По графику определить изменение температуры в процессе растворения кристаллического вещества DТ₁ и при нагревании жидкости DТ_2.

2. Тепловой эффект растворения (или энтальпию растворения D_mН) вычислить по формуле

 

Q₁ = D_mН = С_кDТ₁. (1.24)

3. Тепловое значение калориметра найти по уравнению

С_к = Q₂/DТ₂, (1.25)

где DТ₂ – изменение температуры при нагревании, К; Q₂ – теплота, подведенная от электрического нагревателя, Дж;

Q₂ = IUt_н, (1.26)

где I – сила тока, А; U – напряжение, В; t_н – время пропускания тока (продолжительность нагревания), с.

Совместным решением уравнений (1.24)-(1.26) легко получить формулу для вычисления интегральной теплоты растворения (или энтальпии растворения D_mН)

Q₁ = IUt_н(DТ₁/DТ₂).

Очевидно, что изменение температур можно заменить длиной соответствующих отрезков mm' и nn' (рис. 1.2).

Молярную энтальпию растворения рассчитать по формуле

,

где n – число моль растворенного вещества; n = m/M, m – масса вещества, г; M – молярная масса вещества, г/моль.

Для вычисления молярной массы твердого раствора использовать соотношение

M_тв.р. = х₁M₁ + x₂M₂,

в котором М₁ и М₂, х₁ и х₂ – соответственно молярные массы и мольные доли солей, образующих твердый раствор,

,

где n₁, n₂ – число моль компонентов, образующих твердый раствор.

Экспериментально найденные значения интегральных молярных теплот растворения индивидуальных веществ сравнить со справочной величиной [2], вычислить относительную погрешность.

Контрольные вопросы и задания

1. Сформулируйте первый закон термодинамики. Напишите математическое выражение первого закона термодинамики для бесконечно малого и конечного изменения состояния системы.

2. Приведите запись первого закона термодинамики для изохорного, изобарного, изотермического и адиабатического процессов.

3. Что такое тепловой эффект процесса? Приведите уравнение, связывающее изобарный и изохорный тепловые эффекты. В каких случаях для химических реакций можно пренебречь разницей между DН и DU?

4. Что называют изобарной и изохорной теплоемкостью вещества? Приведите интерполяционное уравнение зависимости теплоемкости от температуры.

5. Как зависит тепловой эффект процесса от температуры, и чем определяется характер этой зависимости?

6. Что такое интегральная и дифференциальная теплоты растворения?

7. Опишите схему калориметрической установки и методику калориметрического измерения интегральной теплоты растворения.

Лабораторная работа № 2