ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ И ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТА.

Введение

Методические указания к лабораторным работам предназначены для студентов инженерно-технических (нехимических) специальностей.

Для обеспечения безопасных условий труда в лаборатории в первую очередь необходимо, чтобы внимание студентов было полностью сосредоточено на выполняемой ими работе. Все операции должны выполняться тщательно и аккуратно, поэтому прежде чем приступить к работе, студенты должны изучить приведенные в настоящем руководстве правила по технике безопасности. В каждой лаборатории имеются инструкции по технике безопасности, изучив которые и получив дополнительный инструктаж от преподавателя, студенты приступают к выполнению лабораторных работ.

В процессе работы необходимо использовать только чистую химическую посуду, так как даже малейшие примеси могут привести не только к срыву опыта, но и к несчастному случаю. Рабочий стол следует содержать в чистоте и не в коем случае не загромождать посторонними предметами.

Студенты должны научиться ясно и точно описывать проведенные ими опыты. Для этого по каждой работе, выполненной в лаборатории, они составляют отчет.

Описание лабораторной работы ведется в процессе ее выполнения или сразу же после окончания. В отчете должно быть отражено, что происходило в ходе реакции: появление или исчезновение окраски или осадка, выделение газа, самопроизвольное повышение температуры и т.д., как контролировалось течение реакции.

Лабораторная работа № 1.

Тепловой эффект химических реакций.

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Определение опытным путем энтальпии растворения вещества.

2. РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ: Определить экспериментально изменение температуры калориметрической жидкости в зависимости от времени. Рассчитать тепловой эффект реакции.

3. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ:

Все процессы, имеющие значение в химии - химические реакции, реакции растворения, реакции диссоциации, фазовые переходы, кристаллизации, сопровождаются различными энергетическими эффектами.

Превращение энергии из одной формы в другую, происходящее при химических реакциях, изучает химическая термодинамика.

Количество теплоты, выделяющиеся или поглощающееся при химической реакции называется тепловым эффектом реакции. Тепловой эффект химической реакции, протекающий при постоянном давлении равен изменению энтальпии Δ Н. В термохимии приняты следующие знаки: если система выделяет тепло в окружающую среду, то реакция называется экзотермической, величина Н имеет знак «-» (Δ Н<0). Если система поглощает тепло из окружающей среды реакция называется эндотермической и величина Н имеет знак «+» (Δ Н>0).

Основным законом термохимии является закон Гесса: «Тепловой эффект химической реакции зависит только от начального и конечного состояний реагирующих веществ и не зависит от промежуточных стадий процесса».

Для химический расчетов важна энтальпия образования сложного вещества. Если исходные вещества и продукты реакции находятся в стандартных условиях (Т=298 К и р=101,3 кПа), то энтальпия образования 1 моль вещества называется стандартной энтальпией образования. Она обозначается Нº₂₉₈ . Стандартные энтальпии простых веществ принимаются равными нулю. Значения стандартных энтальпий образования приводятся в таблице справочной литературы.

Следствием закона Гесса является соотношение:

     продуктов       исходных веществ

Тепловые эффекты, сопровождающие химические реакции, измеряют в специальных приборах калориметрах.

ЭНТРОПИЯ И СВОБОДНАЯ ЭНЕРГИЯ СИСТЕМЫ.

НАПРАВЛЕННОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ.

Вопрос о самопроизвольном протекании реакции решается расчетным путем на основании уравнения: ΔG=ΔH-T*ΔS где: ΔG-изменение свободной энергии Гиббса кДж/моль; ΔН-изменение энтальпии, кДж/моль; ΔS-изменение энтропии Дж/моль*К; Т-абсолютная температура, К.

О направлении химических реакций позволяет судить знак ΔG:

ΔG<0 ( в химическом процессе происходит понижение свободной энергии Гиббса)-процесс может идти самопроизвольно.

ΔG>0-процесс невозможен.

ΔG=0-в системе устанавливается равновесие.

Мерой неупорядоченности в системе является энтропия, вычисляемая по формуле: S=K*lnW , где К-постоянная Больцмана; W-термодинамическая вероятность. Это число равновероятных микросостояний, которыми может быть реализовано данное макросостояние. Энтропия увеличивается с ростом беспорядка в системе.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Определение теплового эффекта реакции.

5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. В чем, по вашему мнению, может быть причина расхождений между результатами ваших измерений и расчетов?

2. При каких химических реакциях измеренная энтальпия реакции равна энергии этой реакции?

3.Вычислить стандартную энтальпию образования сероуглерода, по реакции сгорания 38г. сероуглерода: CS₂+3O₂=2SO₂+CO₂ ΔH= - 1103 кДж?

4.Какие термодинамические функции вы знаете ?

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ И ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТА.

Оборудование и реактивы: термометр ртутный, калориметр, цилиндр на 100мл, сухие вещества NH₄CNS, KOH, KCl, NH₄Cl.

ОПЫТ 1: Определение теплоты растворения.

 Для определения изменений энтальпии используется так называемый открытый калориметр, состоящий из внутреннего калориметрического стакана и стакана, играющего роль внешней оболочки, а также теплоизоляционной прослойки между ними, крышки, термометра (рис. 1)

Калориметрический стакан наполняют 250 мл дистиллированной воды, закрывают крышкой и в течение 15 минут следят по термометру за температурой, делая замеры через каждые 3 минуты по секундомеру. Затем вносят указанное количество растворяемого вещества (Н₂SO₄ из пипетки, соль или щелочи высыпают в твердом состоянии). Момент внесения вещества отмечают как 0 секунд главного периода, жидкость размешивают до полного растворения вещества - конец главного периода, отмечают температуру калориметрической жидкости, затем в течение 18 минут следят за изменением температуры, отмечая её через каждые 3 минуты по секундомеру. Результаты опыта заносят в таблицу 1:

Таблица №1.

Т - определяют графическим способом (рис. 2).

Расчет результатов опыта:

1. Количество теплоты:

Q=ΔT*(m_к.ж.*4,18+C_к), где

Т-изменение температуры.

4,18Дж/г*град - удельная теплоемкость воды;

m_к.ж - масса калориметрической жидкости;

m_к.ж=m_H2O+m_в-ва

m_H2O- масса воды в граммах;

m_в-ва- масса растворенного вещества в граммах;

С_к- теплоемкость калориметра;

С_к=146,3 Дж/град;

2. Тепловой эффект реакции ΔH:

ΔH=Q/V, где

V- количество моль реагирующего вещества (V=m_{(растворим. в-ва)}/М)

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПЛАНИРОВАНИЮ И ПРОВЕДЕНИЮ ЭКСПЕРИМЕНТА.

1. График построить на миллиметровой бумаге.

2. Причиной высокого значения относительной ошибки результатов опыта является несовершенство упрощенного калориметра.

СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА.

1.Цель работы, задание

2. Порядок проведения опыт

 3. Задание.

 4. Таблица экспериментальных данных.

 5. Рисунок калориметра (рис.1)

 6. График с определением ΔТ на миллиметровой бумаге, размером 15на15 см включить в отчет (рис.2).

7. Описание опыта.

8. .Расчет ΔН и относительной погрешности η в %.

9. Вывод

10. Ответы на контрольные вопросы.

Рис. 1 Калориметр.

1. Внешний стакан

2. Крышка

3. Теплоизоляционная прокладка

4. Калориметрическая жидкость

5. Внутренний калориметрический стакан

6. Термометр

7. Отверстия для внесения испытуемых веществ

рис. 2

Графическое определение ΔТ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

1..Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии . Москва: Интеграл –

пресс, 2001 – 2006,66 -79 с.

2. Коровин Н. В. Общая химия. – М.: Высшая школа, 2004,116 -141 с.

3.Белозерова Т.И. Химия. Конспект лекций. в двух частях для. инженерно-                 технических ( нехимических) специальностей.- Северодвинск: Севмашвтуз., 2009г.,часть1.

4. Белозерова Т.И. Термохимические расчеты. Химическое равновесие. Правило Ле Шателье. Методические указания к практическим работам. Севмашвтуз, 2006,

14с.