Материал: Термохимия, химические и фазовые равновесия, растворы. методические указания для выполнения лабораторных работ. Корнеева В.В., Корнеева А.Н

ФГБОУВПО «Воронежский государственный технический университет»

Кафедра химии

ТЕРМОХИМИЯ, ХИМИЧЕСКИЕ И ФАЗОВЫЕ

РАВНОВЕСИЯ, РАСТВОРЫ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

для выполнения лабораторных работ № 1-7

по дисциплине “Физическая химия”:

для студентов специальностей 150104, 150702, 200503, направления 223200

очной формы обучения

Воронеж 2011

Составители: канд. техн. наук В.В. Корнеева, канд. техн. наук А.Н. Корнеева, д-р техн. наук В.А. Небольсин

УДК 541.1(07)

Термохимия, химические и фазовые равновесия, растворы:

методические указания для и выполнения лабораторных работ № 1-7 по дисциплине “Физическая химия”, для студентов специальностей 150104, 150702, 200503, направления 223200 очной формы обучения / ФГБОУВПО «Воронежский государственный технический университет»; сост. В.В. Корнеева, А.Н. Корнеева, В.А. Небольсин. Воронеж, 2011. 41 с.

Методические указания содержат теоретический и практический материал для самостоятельной подготовки к выполнению лабораторных работ по дисциплине “Физическая химия”.

Предназначены для студентов первого и второго курсов

Методические указания подготовлены в электронном виде в текстовом редакторе Microsoft Word 97 и содержатся в файле Термохимия.doc.

Табл. 8. Ил. 7. Библиогр.: 4 назв.

Рецензент канд. хим. наук, доц. В.П. Горшунова

Ответственный за выпуск зав. кафедрой, д-р техн. наук, проф. В.А. Небольсин

Издаётся по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

 ФГБОУВПО «Воронежский

государственный технический

университет», 2011

Содержание

1. Предисловие…………………………………………..……..2

2. Выписка из инструкции по технике безопасности…….….2

3. Введение……………………………………………....…….3

.

4. Лабораторная работа № 1. Термохимические измерения……………………………………………….……..…5

5. Лабораторная работа № 2. Давление насыщенного пара………………………………………………………….…...11

6. Лабораторная работа № 3. Парциально – молярный объём……………………………………………………….…….15

7. Лабораторная работа № 4. Определение константы равновесия гомогенной реакции…………………………… …19

8. Лабораторная работа № 5. Криоскопия…………………..26

9. Гетерогенные равновесия…………………………………30

10. Лабораторная работа № 6.Термический анализ двух- компонентной системы…………………………………………31

11.Лабораторная работа № 7. Диаграммы состояния ог-

раниченно смешивающихся жидкостей……………………….35

12. Библиографический список……………………………...41

ПРЕДИСЛОВИЕ

Задача настоящих методических указаний – дать возможность самостоятельно подготовиться к выполнению лабораторных работ, углубляющих и закрепляющих теоретические основы физической химии. В конце каждой темы даны вопросы для самостоятельного контроля.

В Ы П И С К А

из инструкции по технике безопасности

1. При выполнении лабораторных работ по курсу физической химии обязательно выполнение требований по технике безопасности при работе в химических лабораториях и обслуживании электроустановок.

2. К выполнению лабораторных работ студенты допускаются только после беседы с преподавателем или дежурным лаборантом о содержании и порядке выполнения эксперимента.

3. Растворы кислот, щелочей и других реактивов следует отбирать только с помощью резиновых груш.

4. Осторожного обращения требуют термометры Бекмана.

5. Следует проявлять особую осторожность при работе с фенолом: отбирать пробы фенола в мерную пипетку только с помощью резиновой груши; следить, чтобы раствор не попадал на кожу рук. При попадании фенола на кожу необходимо смыть его большим количеством воды.

6. После выполнения работы выливать отработанные реактивы можно только по указанию преподавателя или дежурного лаборанта.

7. После работы тщательно вымыть руки.

8. Прием пищи в лаборатории категорически запрещен.

В В Е Д Е Н И Е

Опытные данные могут быть представлены с помощью таблиц, графиков и формул. Первый способ более точный; второй – наглядный; третий, обобщающий опытные данные в виде математических уравнений в исследованном диапазоне, позволяет методом интерполяции (а иногда и экстраполяции) получить результаты, отсутствующие в опытах.

Постоянные величины в уравнениях можно определить графически или с помощью методов математической статистики. При этом сложные зависимости желательно представлять в виде прямолинейных зависимостей изменения координат. Например, часто используемые выражения вида

ln K = (1)

можно привести к линейной зависимости

y = Ax + B,

если принять lnK= y и

Покажем на примере способ обработки опытных данных и метод определения постоянных величин в полученном уравнении.

Пример. Определить температурную зависимость константы равновесия реакции

CО + Н₂О = СО₂ + Н₂

по следующим опытным данным:

Результаты представим в виде уравнения (1), обозначив -lnK_p= y и ·10⁴ = х; соответственно имеем:

В координатах lnK – на рис.1 проведем прямую линию, которая проходит через опытные точки. Постоянные А и В найдем следующим образом: из углового коэффициента прямой

А = tgα = = 5,2 ·10³

Величину В оценим из любого значения lnК_р на полученной прямой. При Т=1250 К ln К_р = -0,6. Отсюда

В = –0,6 –

Тогда зависимость примет вид

l nК_р =

где Т – температура, К;

К_р – константа равновесия данной реакции.

Для более точного определения постоянных А и В в уравнениях типа (1) можно применять метод наименьших квадратов.

Рис. 1

Лабораторная работа № 1 термохимические измерения

Термохимия изучает тепловые эффекты химических реакций и является одним из разделов химической термодинамики. Любая химическая реакция и любое физико-химическое превращение сопровождается выделением или поглощением некоторого количества тепла. В основе термохимии лежит закон Гесса: тепловой эффект химической реакции (процесса) не зависит от пути ее протекания (промежуточных стадий), а определяется только начальным и конечным состоянием системы (при условии Т,V = const или Т, Р = const). Следовательно, в изохорных процессах тепловой эффект равен изменению внутренней энергии _v = -ΔU, а в изобарном – изменению энтальпии _{р =} - ΔН.

Установлено, что нейтрализация 1 г-экв. любой сильной кислоты любым сильным основанием в достаточно разбавленных растворах сопровождается почти одинаковым экзотермическим тепловым эффектом, при 290К незначительно отклоняющимся от значения 55,9 .

Постоянство теплового эффекта реакции нейтрализации теория электролитической диссоциации объясняет тем, что в разбавленных растворах сильных кислот и оснований нейтрализация сводится к образованию молекул из ионов Н⁺ и ОН^-:

Н⁺(aq) + OH^-(aq) = H₂O(ж).

При нейтрализации слабой кислоты сильным основанием, или наоборот, нейтрализация сопровождается одновременной диссоциацией слабого электролита с соответствующим тепловым эффектом. Теплота диссоциации имеет для различных слабых кислот и оснований различную величину и знак, так как является алгебраической суммой теплоты

диссоциации молекул на ионы (эндотермический процесс) и теплоты сольватации последних (экзотермический процесс). Вследствие этого теплота нейтрализации не равна ₌ 55,9 , а больше или меньше этой величины.

При растворении соли в воде тепло может поглощаться или выделяться в зависимости от соотношения тепловых эффектов, сопровождающих разрушение кристаллической решетки и взаимодействие ионов соли с растворителем.

Измерение тепловых эффектов осуществляется в калориметрах. Теплота, выделяемая или поглощаемая при любом процессе, протекающем в калориметре, связана с теплоемкостью калориметрической системы и изменением температуры уравнением

₌ С·ΔT ,

где С – средняя теплоемкость калориметрической системы;

ΔT – изменение температуры.

Таким образом, первоначально необходимо определить теплоемкость системы, что достигается по известной теплоте растворения азотнокислого калия ( = -34,8 ).

Цель работы – определение теплоты нейтрализации и теплоты растворения соли в воде.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Схема калориметрической установки представлена на рис.2. Внутренний стакан 1 устанавливается на подставке в более широком внешнем стакане 2 и закрывается крышкой, в которую вставлены мешалка 3 и термометр Бекмана 4, а также имеется отверстие 5, закрытое пробкой, для спуска исследуемого вещества. Термометр Бекмана отличается от обычного термометра тем, что его капилляр в верхней части соединяется с дополнительным резервуаром для ртути. Это

приспособление позволяет менять количество ртути в нижнем резервуаре термометра и, таким образом, пользоваться термометром в широком диапазоне температур. Шкала такого термометра обычно разделена на 5 градусов, цена деления 0,01. Термометр предварительно настраивается лаборантом на температуру, при которой выполняется опыт, так, чтобы при п

Рис. 2