Количество тепла, которое выделяется или поглощается при растворении 1 моля вещества в таком количестве растворителя, дальнейшее прибавление которого уже не вызывает изменения теплового эффекта, называется теплотой растворения.
Тепловой эффект процесса растворения может быть как положительным, так и отрицательным.
Для практического определения теплот растворения обычно определяют количество тепла, поглощаемого или выделяемого при растворении произвольного количества соли. Затем эту величину пересчитывают на 1 моль, так как количество тепла прямо пропорционально количеству растворенного вещества.
Для термохимических измерений используют прибор, называемый калориметром.
Определение теплоты растворения ведут по изменению температуры раствора, поэтому точность определения зависит от цены деления (точности) используемого термометра. Обычно диапазон измеряемых температур лежит в интервале 2-3°С, а цена деления термометра не более чем 0,05°С.
ХОД РАБОТЫ
Для выполнения работы используйте калориметр, состоящий из теплоизоляционного корпуса, крышки со встроенными электрической мешалкой и термометром, а также отверстием с пробкой.
Получите у преподавателя задание: тип растворяемого вещества.
Теплота q определяется на основании экспериментальных данных из соотношения:
Теплота гидратации соли и её определение
Физико-химический процесс взаимодействия частиц растворенного вещества с молекулами воды (растворителя) называется гидратацией. В процессе гидратации образуются сложные пространственные структуры, называемые гидратами, и при этом в окружающую среду выделяется энергия в виде тепла.
Тепловой эффект реакции образования 1 моль гидратированной соли из безводной соли называется теплотой гидратации.
При растворении в воде безводной соли, способной образовывать гидраты, последовательно протекают два процесса: гидратация и растворение образовавшегося кристаллогидрата. Например:
Растворение электролитов сопровождается процессом электролитической диссоциации. Теплота гидратации молекулы равна сумме теплот гидратации образовавшихся при этом ионов с учетом теплоты диссоциации. Процесс гидратации-экзотермический.
Приближенно теплота гидратации вещества может быть определена как разность между теплотами растворения безводной соли и ее кристаллогидрата:
Таким образом, для определения теплоты гидратации молекул необходимо предварительно определить теплоту растворения безводной соли и теплоту растворения кристаллогидрата этой соли.
ХОД РАБОТЫ
Теплоту растворения безводного сульфата меди CuS04 и кристаллогидрата CuS04×5H20 необходимо определить, используя лабораторный калориметр и методику проведения работы 1.
Для более точного определения теплоты гидратации необходимо получить навески по 10-15 г кристаллогидрата и безводной соли сульфата меди. Необходимо знать, что безводная соль меди легко поглощает воду из воздуха и переходит в гидратированное состояние, поэтому безводную соль необходимо взвешивать непосредственно перед опытом. По полученным данным необходимо рассчитать теплоты растворения безводной соли и кристаллогидрата, а затем из соотношения (3) определить теплоту гидратации. Рассчитайте относительную ошибку опыта в процентах, используя полученные данные и данные табл.2.
Калориметрическими методами экспериментально определяется и такая важная величина, как теплота растворения. Она имеет особое значение для фармации, так как приготовление жидких лекарственных форм связано с растворением, главным образом, твёрдых (порошкообразных) лекарственных веществ, а, следовательно, и с тепловым эффектом, возникающим при этом и достигающим иногда значительных величин.
Различают интегральную и дифференциальную теплоту растворения. Теплота растворения 1 моля вещества с образованием т. н. бесконечно разбавленного раствора называется интегральной теплотой растворения. Интегральная теплота растворения зависит от соотношения количеств растворяемого вещества и растворителя и, следовательно, от концентрации образующегося раствора. Тепловой эффект при растворении 1 моля вещества в очень большом количестве уже имеющегося раствора этого же вещества некоторой концентрации (приводящем к бесконечно малому увеличению концентрации) называется дифференциальной теплотой растворения:
Поэтому знак суммарного теплового эффекта при растворении зависит от того, какое из его слагаемых больше по абсолютной величине.
Если известна энтальпия разрушения кристаллической решетки соли, то, измеряя теплоту растворения, можно вычислять энтальпию её сольватации. С другой стороны, измеряя теплоту растворения кристаллогидрата (т. е. гидратированной соли), можно с достаточной точностью вычислить энтальпию разрушения (прочность) кристаллической решётки.
Теплота растворения хлорида калия, равная +17,577 кДж/моль при концентрации 0,278 моль/л и 25 о С, предложена в качестве термохимического стандарта для проверки работы калориметров.
Температурная зависимость теплот растворения, как и тепловых эффектов химических реакций, подчиняется уравнению Кирхгоффа.
Когда растворяемое вещество и растворитель химически подобны и при растворении не возникает осложнений, связанных с ионизацией или сольватацией, теплоту растворения можно считать приблизительно равной теплоте плавления растворяемого вещества. В основном это относится к растворению органических веществ в неполярных растворителях.
Процесс образования раствора – растворение – заключается в разрушении взаимодействия между молекулами индивидуальных веществ и образовании новых межмолекулярных связей между компонентами раствора.
Количество теплоты, поглощающейся или выделяющейся при растворении одного моля вещества в избытке растворителя, называется теплотой растворения этого вещества.
Образование раствора – процесс самопроизвольный, сопровождающийся уменьшением свободной энергии Гиббса (DG о раст):
DG о раст =DH о раст –TDS о раст о раст) зависит от степени изменения порядка в системе до и после растворения. При растворении газов в жидкости энтропия системы уменьшается, а энтальпия увеличивается, поэтому растворение газов понижается при повышении температуры.
Знак изменения энтальпии системы при растворении (DН о раст) определяется суммой тепловых эффектов всех процессов, сопровождающих растворение. При растворении твердого вещества разрушается его кристаллическая решетка и частицы вещества равномерно распределяются по всему объему раствора. Этот процесс требует затраты энергии, следовательно, DН о кр > 0. Одновременно протекает процесс взаимодействия частиц растворенного вещества с водой с образованием гидратов, сопровождающийся выделением теплоты (DН о гидр
Общий тепловой эффект растворения твердого вещества (DН о раст) определяется соотношением тепловых эффектов этих процессов и может быть как положительным, так и отрицательным, либо равным нулю, как при растворении сахара в воде.
Растворение жидкостей и газов в большинстве случаев сопровождается выделением небольшого количества теплоты и, согласно принципу Ле Шателье, с понижением температуры их растворимость уменьшается.
Растворимость
При приготовлении раствора какого-либо вещества молекулы растворяемого вещества непрерывно переходят в раствор и благодаря диффузии равномерно распределяются по всему объему растворителя. Перешедшие в раствор молекулы растворенного вещества, ударяясь о поверхность еще не растворившегося вещества, снова входят в его состав. По мере возрастания концентрации раствора увеличивается скорость образования твердого вещества. При равенстве скоростей этих процессов в системе устанавливается равновесие (DG о раст=0):
вещество нерастворенное « вещество в растворе,
при этом число молекул растворенного вещества, поступающих в раствор и уходящих из него в единицу времени становится равным.
Раствор максимальной концентрации, который при данной температуре может неопределенно долго находиться в равновесии с избытком растворяемого вещества,называется насыщенным.
Концентрация насыщенного раствора называется растворимостью.
Растворимость выражается количеством граммов растворенного вещества, содержащихся в 100 граммах растворителя, либо количеством молей растворенного вещества, содержащихся в 1 литре раствора.
Раствор, концентрация которого при данной температуре меньше насыщенного, называется ненасыщенным.
Растворимость твердых веществ (например, солей), как правило, с понижением температурыуменьшается. Если медленно охлаждать насыщенный раствор, то можно получить пересыщенныйраствор, т.е. раствор, концентрация которого больше растворимости вещества при данной температуре. Пересыщенные растворы неустойчивы (DG о раст>0) и самопроизвольно или при внешнем воздействии (встряхивание, внесение кристаллов) переходят в состояние равновесия (DG о раст=0). При этом избыток растворенного вещества выпадает в осадок.
Знак теплоты растворения определяется тем процессом, который энергетически сильнее выражен. Так, при растворении газов выделение теплоты в процессе сольватации количественно превышает затраты энергии на разъединение молекул растворителя, на равномерное распределение молекул газа по объему раствора и на их возможную ионизацию. Поэтому в целом газ растворяется в жидкости с выделением теплоты. Для многих кристаллических солей при сольватации выделяется меньше теплоты, чем поглощается в процессе разрушения решетки, и поэтому теплота растворения положительна. При обратном соотношении теплот растворение происходит экзотермически. [1]
Знак теплоты растворения определяется тем процессом, который энергетически сильнее выражен. Так, при растворении газов выделение теплоты в процессе сольватации количественно превышает затраты энергии на разъединение молекул растворителя, на равномерное распределение люлекул газа по объему раствора и на их возможную ионизацию. Поэтому в целом газ растворяется в жидкости с выделением теплоты. Для многих кристаллических солей при сольватации выделяется меньше теплоты, чем поглощается в процессе. При обратном соотношении теплот растворение происходит экзотермически. [2]
Было найдено что величина и знак теплоты растворения металлов в ртути зависит от расположения их в периодической системе элементов по отношению к ртути. Растворение некоторых элементов, образующих с ртутью интерметаллические соединения, сопровождается большими тепловыми эффектами. [4]
Было найдено41, что величина и знак теплоты растворения металлов в ртути зависит от расположения их в периодической системе элементов по отношению к ртути. Растворение некоторых элементов, образующих с ртутью интерметаллические соединения, сопровождается большими тепловыми эффектами. [5]
Таким образом, знак производной зависит от знака теплоты растворения и разности между теплотой гидратации катиона и известной частью энергии решетки. [6]
Важно отметить, что И. Ф. Шредер, продолжая исследования в области растворов, начатые в Горном институте В. Ф. Алексеевым, указывал на приоритет последнего в открытии соотношений между переменой знака теплоты растворения и прохождения кривой через минимум, выражающий зависимость величины растворимости от температуры. [7]
Точность вычислений температуры кипения с учетом уравнения (8.7) удовлетворительна только для разбавленных растворов. Расчетное значение температуры кипения концентрированных растворов необходимо корректировать в зависимости от знака теплоты растворения неорганического компонента в воде. При экзотермическом или эндотермическом растворении вычисленное значение 7 кип необходимо увеличивать или уменьшать соответственно на поправку Стабникова, составляющую от 0 9 до 3 6 К в зависимости от активности воды и давления пара в системе над кипящим раствором при разрежении. [10]
Теплота растворения твердого соединения с ионной кристаллической решеткой определяется в основном суммой двух величин: теплоты Разрушения кристаллической решетки и теплоты сольватации ионов молекулами растворителя. В связи с тем, что на разрушение кристалла теплота затрачивается, а процесс сольватации сопровождается выделением теплоты, знак теплоты растворения может оказаться как положительным, так и отрицательным в зависимости от того, какое из двух слагаемых больше по абсолютной величине. [12]
Количество тепла, которое выделяется или поглощается при растворении 1 моля вещества в таком количестве растворителя, дальнейшее прибавление которого уже не вызывает изменения теплового эффекта, называется теплотой растворения.
При растворении солей в воде знак и величина теплового эффекта растворения ∆Н определяется двумя величинами: энергией, затрачиваемой на разрушение кристаллической решетки вещества (∆H1) – эндотермический процесс, и энергией, выделяемой при физико-химическом взаимодействии частиц растворяемого вещества с молекулами воды (процесс гидратации) (∆Н2) – экзотермический процесс. Тепловой эффект процесса растворения определяется алгебраической суммой тепловых эффектов этих двух процессов:
Тепловой эффект процесса растворения может быть как положительным, так и отрицательным.
Для практического определения теплот растворения обычно определяют количество тепла, поглощаемого или выделяемого при растворении произвольного количества соли. Затем эту величину пересчитывают на 1 моль, так как количество тепла прямо пропорционально количеству растворенного вещества.
Для термохимических измерений используют прибор, называемый калориметром.
Определение теплоты растворения ведут по изменению температуры раствора, поэтому точность определения зависит от цены деления (точности) используемого термометра. Обычно диапазон измеряемых температур лежит в интервале 2-3°С, а цена деления термометра не более чем 0,05°С.
ХОД РАБОТЫ
Для выполнения работы используйте калориметр, состоящий из теплоизоляционного корпуса, крышки со встроенными электрической мешалкой и термометром, а также отверстием с пробкой.
Получите у преподавателя задание: тип растворяемого вещества.
Откройте пробку на крышке калориметра и залейте в него 200 мл воды, закройте пробку и выдержите 10-15 минут для установления постоянной температуры (tнач). За это время на весах, используя кальку или часовое стекло, получите навеску вашего вещества (1,5 – 2,0 г) предварительно тщательно растертого в ступке. Полученную навеску, по возможности быстро, через отверстие в крышке поместите в калориметр при включенной мешалке. Следите за изменением температуры. После установления теплового равновесия (температура стабилизируется) запишите максимальную температуру раствора (tmaх)и рассчитайте ∆t = tmax – tнач. По полученным данным рассчитайте теплоту растворения соли, используя уравнение:
где q – теплота, выделившаяся (или поглотившаяся) в калориметре (кДж); m – навеска соли (г); М – молярная масса растворяемого вещества (г/моль);
Теплота q определяется на основании экспериментальных данных из соотношения:
где mст – масса стакана (г); mр-ра – масса раствора, равная сумме масс воды и соли в стакане (г); Сст– удельная теплоемкость стекла 0,753 Дж/г∙К;
Физико-химический процесс взаимодействия частиц растворенного вещества с молекулами воды (растворителя) называется гидратацией. В процессе гидратации образуются сложные пространственные структуры, называемые гидратами, и при этом в окружающую среду выделяется энергия в виде тепла.
Тепловой эффект реакции образования 1 моль гидратированной соли из безводной соли называется теплотой гидратации.
При растворении в воде безводной соли, способной образовывать гидраты, последовательно протекают два процесса: гидратация и растворение образовавшегося кристаллогидрата. Например:
Растворение электролитов сопровождается процессом электролитической диссоциации. Теплота гидратации молекулы равна сумме теплот гидратации образовавшихся при этом ионов с учетом теплоты диссоциации. Процесс гидратации-экзотермический.
Приближенно теплота гидратации вещества может быть определена как разность между теплотами растворения безводной соли и ее кристаллогидрата:
где ∆Hгидр – теплота гидратации молекул;
∆Hбезв – теплота растворения безводной соли;
∆Hкрист – теплота растворения кристаллогидрата.
Таким образом, для определения теплоты гидратации молекул необходимо предварительно определить теплоту растворения безводной соли и теплоту растворения кристаллогидрата этой соли.
ХОД РАБОТЫ
Теплоту растворения безводного сульфата меди CuS04 и кристаллогидрата CuS04×5H20 необходимо определить, используя лабораторный калориметр и методику проведения работы 1.
Для более точного определения теплоты гидратации необходимо получить навески по 10-15 г кристаллогидрата и безводной соли сульфата меди. Необходимо знать, что безводная соль меди легко поглощает воду из воздуха и переходит в гидратированное состояние, поэтому безводную соль необходимо взвешивать непосредственно перед опытом. По полученным данным необходимо рассчитать теплоты растворения безводной соли и кристаллогидрата, а затем из соотношения (3) определить теплоту гидратации. Рассчитайте относительную ошибку опыта в процентах, используя полученные данные и данные табл.2.
Взвешивают 5 г KNO3 и растворяют его в 75 мл воды. Записывают температуру раствора. Фиксируют изменение температуры только за счет проводимого процесса, поэтому опыт делят на три периода (для введения поправки на теплообмен):
а) начальный, продолжающийся не менее 5 мин;
б) главный – время протекания исследуемого процесса;
Зависимость изменения температуры раствора от времени
Время от начала опыта, мин.
температура t, ˚С
0,5
По экспериментальным данным строят зависимость изменения температуры во времени (рис. 2). Все построения выполняют на миллиметровой бумаге.
Рис. 2. Изменение температуры во времени.
Начальный период (участок АВ на рис. 2) служит для установления постоянной скорости теплообмена калориметра с окружающей средой в исходных условиях. Температура системы со временем может снижаться либо расти в зависимости от начальной разности температур воды в калориметрическом сосуде и окружающей среды. После установления равномерного изменения температуры следует провести, как минимум, десять измерений с интервалом 30 с.
После установления постоянной скорости теплообмена в калометрическом сосуде проводят химическую реакцию, в результате которой происходит выделение или поглощение тепла. Этот процесс – главный период (участок ВС на рис. 2 для экзотермической реакции). Продолжительность этого периода зависит от скорости процесса.
По окончании процесса происходит теплообмен калориметрической системы с окружающей средой, и время после установления постоянной скорости теплообмена называется конечным периодом (отрезок CD на рис. 2).
Истинное изменение температуры в ходе калориметрического опыта определяют графически. Для этого строят зависимость температуры от времени как на рис. 2. Точки С и В проектируются на ось ординат. Участок МК делится пополам и через точку L проводится прямая, параллельная оси абсцисс до пересечения с экспериментальной кривой в точке G, через которую проводится прямая, параллельная оси ординат. Отрезки АВ и CD, соответствующие начальному и конечному периодам, экстраполируют до пересечения с этой вертикальной прямой.
Отрезок EF показывает изменение температуры опыта с учетом поправки на теплообмен. Полученное с помощью графика изменение температуры ΔТ = EF соответствует изменению температуры при растворении соли или в ходе реакции, которое имело бы место, если бы удалось исключить теплообмен системы с окружающей средой во время процесса растворения или реакции.
Поскольку процесс в калориметре протекает при постоянном давлении, тепловой эффект изучаемого процесса равен изменению энтальпии системы:
n – число молей реагирующего вещества.
Постоянную калориметра вычисляют по формуле:
Ск = , (2)
где ΔΗ – теплота растворения KNO3 в воде, значение которой есть в справочниках, mKNO3 – навеска KNO3, МKNO3 – молярная масса KNO3.
ΔΗ (KNO3)= – 35,65 кДж/моль (-8,52 Ккал/моль)
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Лучшие изречения:Для студентов недели бывают четные, нечетные и зачетные. 9634 – | 7524 – или читать все.
, (2)
| 7524 – 
или читать все.