Лабораторная работа 2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТЫ РАСТВОРЕНИЯ СОЛИ

1 28 Лабораторная работа 2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТЫ РАСТВОРЕНИЯ СОЛИ Цель работы: Ознакомиться с калориметрическим методом измерения тепловых эффектов. Определить теплоту растворения соли. Оборудование и реактивы: калориметр автоматический, ступка, пробирка, цилиндр, воронка, пипетка, безводная соль (кристаллогидрат соли), соль для определения постоянной калориметра, дистиллированная вода, термометр (цена деления не менее 1 град), весы лабораторные четвертого класса точности. Техника безопасности: помимо общелабораторных правил техники безопасности необходимо обратить внимание на следующее. При использовании термометров обращаться с ними очень аккуратно между проведениями измерений они должны быть вытерты и лежать на столе в футлярах. Ходить по лаборатории с термометрами не допускается. Калориметр является электрическим прибором и требует аккуратного обращения. Руки должны быть сухие. Не допускается попадание жидкости внутрь калориметра. Тепловым эффектом химической реакции называется количество тепла, которое выделяется или поглощается при протекании реакции в условиях, когда исходные вещества и продукты реакции имеют одну и ту же температуру, система не производит никакой работы кроме работы против сил внешнего давления при постоянном объеме или давлении. Растворение большинства веществ также сопровождаются тепловыми эффектами. В соответствии с первым началом термодинамики тепловой эффект реакции при постоянном объеме Q v равен приращению внутренней энергии системы U, а тепловой эффект при постоянном давлении Q p равен приращению H. Тепловой эффект считается положительными (термохимическая система знаков) или отрицательными (термодинамическая система знаков), если тепловая энергия в ходе реакции выделяется системой. Раздел химической термодинамики, изучающий тепловые эффекты химических реакций, называется термохимией. Если тепловой эффект прямым экспериментом определить нельзя, то его вычисляют, используя результаты вспомогательных калориметрических опытов. В основе таких расчетов лежит закон Гесса (1837 г.). В соответствии с этим законом тепловые эффекты химических реакций не зависят от пути, по которым протекает реакция, а зависят лишь от природы и физического состояния исходных веществ и продуктов реакции. Например, при помощи прямого измерения трудно определить точно величину теплоты образования кристаллогидратов, так как реакция обра-

2 29 зования кристаллогидратов из безводного твердого вещества и воды идет быстро только вначале, пока не прореагируют с водой поверхностные слои кристалликов безводного вещества, а затем реакция сильно замедляется и долго не заканчивается. Кроме того, процесс осложняется растворением вещества в воде. Однако при помощи основного закона термохимии можно определить теплоту образования кристаллогидрата. Для этого надо определить теплоту растворения безводной соли и теплоту растворения кристаллогидрата, и из первой величины вычесть вторую: Н = Н безв Н крист Теплота растворения вещества увеличивается с увеличением количества растворителя, приходящегося на 1 моль растворяемого вещества. Поэтому под тепловым эффектом растворения понимают количество выделившейся или поглощённой теплоты при растворении 1 моля вещества в определенном количестве (не менее 400 молей) растворителя. Дальнейшее разбавление раствора очень слабо изменяет величину теплоты растворения. В целом можно сказать, что теплотой растворения принято называть количество теплоты, поглощающейся или выделяющейся при растворении одного моля вещества в таком количестве растворителя, когда дальнейшее его добавление не сопровождается измеримым тепловым эффектом. Отнесенное к одному молю растворенного вещества, полное изменение энтальпии при растворении n в-ва молей вещества в n раст-ля. молях растворителя называется интегральной теплотой растворения и обозначается H m. Индекс m это численное значение концентрации раствора в моляльной шкале: C m =. Важное преимущество моляльной шкалы 1000 n в-во M n раст-ль перед другими концентрационными шкалами заключается в том, что при изменении концентрации растворенного вещества количество молей растворителя не меняется, то есть n раст-ля = const. Интегральная теплота растворения зависит от температуры и концентрации, поэтому указание этих характеристик процесса является обязательным. В литературе по термохимии концентрацию раствора обычно выражают величиной разбавления, то есть числом молей растворителя, приходящимся на 1 моль растворенного вещества, а количественное соотношение компонентов при растворении представляют термохимическим уравнением, например: Особый интерес представляет первая интегральная теплота растворения изменение энтальпии при растворении 1 моля вещества в бесконечно большом количестве растворителя. В результате процесса образуется бесконечно разбавленный раствор, например, Pb( NO3 ) 2(тв) + H 2O= Pb( NO3) 2( раствор; H 2O).

3 30 Растворение твёрдых веществ складывается из нескольких процессов, каждый из которых сопровождается тепловым эффектом: 1) разрушение кристаллической решётки, сопровождающееся эндотермическим эффектом ( Н кр.реш. > 0); 2) процесс сольватации или гидратации, сопровождающееся экзотермическим эффектом ( Н сольв. < 0); 3) процесс диффузии, но этот эффект настолько мал, что его в данном случае не учитывают. Следовательно, теплота растворения твёрдого тела определяется алгебраической суммой двух теплот: Н раст. = Н кр.реш. + Н сольв. При сольватации (гидратации) всегда выделяется теплота, то есть Н сольв. < 0. Величина же Н кр.реш. может быть отрицательной (при растворении газов) и положительной (при растворении твёрдых веществ). Поэтому вещества, обладающие прочной кристаллической решеткой и слабо гидратирующиеся в растворе, растворяются с поглощением теплоты. Вещества же с непрочной кристаллической решеткой, образующие в растворе сильно гидратированные ионы, например гидроксид-ионы, растворяются с выделением теплоты. Исследование теплот растворения и зависимости их от концентрации позволяет получить много информации о строении раствора. Калориметр и методика калориметрических измерений Измерение тепловых эффектов производится в калориметрах различных конструкций. Калориметром называют прибор, служащий для измерения тепловых эффектов различных физико-химических процессов, а также для измерения теплоемкостей. Простейший калориметр (рис. 1) состоит из сосуда, изготовленного из материала, не проводящего тепло, в который помещается исследуемое вещество Рис. 1. Схема калориметра: 1 внешний и защитной оболочки, уменьшающей тепловое взаимодействие ка- сосуд; 2 термометр; 3 калориметрический стакан; 4 мешалка; 5 вода; 6 лориметра и исследуемого вещества с окружающей средой. пробирка с веществом, закрытая пробкой Совокупность частей калориметра, между которыми распределяется подлежащее определению тепло, называется калориметрической системой.

4 31 Поскольку во время опыта давление в калориметрической системе остается постоянным и равным атмосферному давлению, то Q P = H. В крышке калориметра сделаны отверстия для введения исследуемого вещества, термометра, перемешивающего устройства. Температуру измеряют с помощью обычного термометра с интервалом измерений 0 25 С и ценой деления 0,01 С. Отсчет показаний проводят с точностью до 0,005. Перемешивание раствора производят ручной мешалкой, которая при вращении не должна задевать частей калориметра. Для учета теплообмена калориметра с окружающей средой и определения истинного изменения температуры во время опыта весь калориметрический процесс делятся на три периода: 1. предварительный период, продолжающийся 5 мин; 2. главный период время протекания изучаемого процесса, то есть период, в течение которого будет растворяться соль; 3. заключительный период, продолжающийся 5 мин. С начала калориметрического опыта раствор равномерно и непрерывно перемешивают мешалкой, при этом скорость движения её должна быть одинакова во всех трех периодах. Соли, необходимые для определения постоянной калориметра и теплоты гидратации, указываются преподавателем. Навески солей рассчитываются по заданной величине разбавления ( l ) по формуле: nводы l =, где n число молей. (1.1) nсоли Рассчитанные величины навесок солей, разбавление, объем взятой воды заносятся в следующую таблицу: Таблица 1 V воды, мл Разбавление, l Соль Масса, г для определения константы безводная кристаллогидрат Для определения теплоты гидратации соли необходимо определить теплоту растворения 1 моль безводной соли и её кристаллогидрата. Предварительно определяется постоянная калориметра. В данной работе используется электронный калориметр с микропроцессорным управлением, поэтому необходимо ознакомиться с правилами его использования.

5 32 РАБОТА С МОДУЛЕМ УНИВЕРСАЛЬНЫЙ КОНТРОЛЛЕР В АВТОНОМНОМ РЕЖИМЕ Выполнение работ по термохимии осуществляется с использованием модуля УЛК «Термостат». Штекер модуля подключаются к контроллеру к соответствующему разъему. Термостат используется в пассивном режиме как калориметр. В ходе выполнения работ также необходимо использование мешалки. Работа с контроллером 1) Собрать установку. Для этого подключить модуль «ТЕРМОХИМИЯ» к универсальному контроллеру (далее контроллер) с помощью соответствующего кабеля. Измерение температуры раствора контролируется датчиком температуры, который подключается к измерительным каналам «температура» 1 или 2 термостата. Внутрь сухого термостата установить стеклянный стаканчик (в котором будет осуществляться работа), обернутый термоизоляцией (в том числе термоизолировать и дно стаканчика). Позвать преподавателя или лаборанта проверить правильность. Подключить контроллер к сети переменного тока (220 В) и включить тумблер «СЕТЬ» (сбоку корпуса слева). При этом включиться подсветка дисплея, появиться реклама производителя (убрать рекламу нажать любую клавишу нарисованной клавиатуры), а затем отобразиться информация о готовности к работе в виде первого пункта действий. 1) Включаем контроллер. Нажатием любой клавиши переходим в главное меню. Производится выбор лабораторной установки. Для этого из пункта главного меню «1. Выбор установки» выбирается пункт «3. Термостат + электрохимия» (выбор производится контроллером автоматически необходимо его только подтвердить нажатием клавиши ). 2) Датчик температуры ассоциируется с первым измерительным каналом. Для этого в пункте главного меню «2. Каналы измерения» перемещается курсор до канала 1 («1-й канал») и далее (после перехода ко второй строке с помощью клавиши или ) клавишами или выбирается пункт «1. Термодатчик». 3) Для проведения эксперимента необходимо обеспечить в ячейке интенсивное перемешивание. Для этого с помощью клавиш или, в главном меню выбираем пункт «3. Исполнительные устройства», подтверждаем выбор. Выбираем устройство «1.Магнитная ме-

6 33 шалка» и, перейдя к полю значения интенсивности перемешивания с помощью клавиш или, устанавливаем скорость перемешивания (рекомендуемая интенсивность 3) клавишами или. 4) Переходим в главное меню, где выбираем пункт «4. Мониторинг текущей работы», нажимаем 2 раза клавишу. Устанавливаем (проверяем): Выбираем автоматический режим записи экспериментальных данных («АВТО»). номер банка (рекомендуется начать с банка«0», ячейка «000»), контроллер позволяет хранить в памяти экспериментальные данные 8 опытов (0-7 банки), (прим.: в автоматическом режиме от опыта к опыту номер банка увеличивается автоматически); интервал измерений (рекомендуется 10 секунд «00:10») (номер ячейки обнуляется автоматически при запуске измерений), (Прим.: Так как продолжительность предварительно этапа обычно составляет 5 минут (300 секунд), то следовательно на предварительный этап будет отводиться примерно 30 ячеек памяти. Аналогично на заключительный период тоже приходится примерно 30 ячеек памяти. Продолжительность главного периода зависит от выбранного вещества и условий его растворения. Таким образом в ходе одного эксперимента должно быть задействовано в каждом банке не менее 100 ячеек памяти. Проверить это можно зайдя в пункт основного меню «6. Настройки» число измерений и в случае необходимости уставить 100 ). Усреднение «ВЫКЛ». 5) Запуск измерений осуществляется клавишей «ПУСК». (Прим.: кнопки «ПУСК» и «СТОП» работают только в пункте главного меню «4. Мониторинг текущей работы».) 6) Просмотр текущих экспериментальных данных осуществляется на соответствующем экране после двухкратного нажатия клавиши. Значение величины измеряемой температуры отображается слева в верхнем ряду экрана. Опыт заканчивается нажатием клавиши «СТОП». После окончания измерений номер банка автоматически увеличивается на единицу. 7) По окончании опытов, просмотреть экспериментальные данные для записи в лабораторный журнал можно войдя в пункт главного меню «5. Просмотр данных». Используя клавиши, и,, редактируя номер банка и ячейки, можно просмотреть значения температуры, запи-

7 34 санные в любом банке данных в любой ячейке, то есть температуру от начального момента до конечного через заданный интервал времени. Определение постоянной калориметра Перед измерением тепловых эффектов необходимо определить постоянную калориметра К. По физическому смыслу К представляет количество тепла, необходимое для нагревания калориметра на 1 С. Величина К постоянна только для данного калориметра и данного количества жидкости. Эта постоянная зависит от теплоемкости всех составных частей калориметра. Для нагревания калориметра на t потребуется тепла: Q = K t (1.2) Значение К можно рассчитать по массам и теплоемкостям составных частей системы, однако результат будет неточным. Более точное значение К получают экспериментально. Для этого вводят в калориметр известное количество тепла, например, путем растворения точного количества вещества (табл. 1), теплота растворения которого известна. Определив t, вычисляют по уравнению 1.2 значение К. Таблица 2 Соль для определения постоянной калориметра KCl NH 4 NO 3 KNO 3 NH 4 Cl Теплота растворения, Q, кдж/моль 17,51 25,82 34,99 15,02 P Для определения К в калориметр наливают мерным цилиндром заданный объем дистиллированной воды, опускают мешалку, закрывают калориметр крышкой и погружают в него термодатчик. Температура воды должна быть комнатной (20 21 С). В чистую сухую пробирку насыпают навеску соли для определения постоянной калориметра. Пробирку закрывают пробкой и вставляют в калориметр так, чтобы нижняя часть пробирки с солью находилась в воде, и приступают к калориметрическому опыту. Как было сказано калориметрический опыт делится на 3 этапа. 1.Предварительный период. Запускают калориметр и записывают показания термодатчика в течение 5 минут. Результаты калориметрических наблюдений записывают в таблицу. (См. форму отчёта и таблицу 3). 2. Главный период. Продавливают содержимое пробирки с солью в калориметр и продолжают записывать показания термодатчика.

8 35 3. Заключительный период. После того как показания температуры перестанут быстро изменяться записывают показания термодатчика еще 5 минут. Результаты калориметрических измерений заносят в таблицу 3. Таблица 3 Периоды Предварительный (5 мин) Главный (время растворения соли) Время Изменение температуры С при растворении KCl Безводной Кристаллогидрата Заключительный (5 мин) Определение теплоты растворения безводной соли После того как найдено изменение температуры при определении постоянной калориметра К, аналогично определяют теплоту растворения безводной соли, то есть фактически решается обратная задача. Результаты калориметрических измерений заносят в таблицу 3. Определение теплоты растворения кристаллогидрата соли Определение теплоты растворения кристаллогидрата несколько отличается от определения теплоты растворения безводной соли. Кристаллогидрат тщательно растирают в ступке в порошок, взвешивают рассчитанное количество и высыпают в чистую сухую пробирку. Воды для растворения кристаллогидрата необходимо взять меньше, учитывая количество воды, которое содержится в нём. m воды = m кристаллогидрата m безв. соли = V воды мл

9 36 Для этого в цилиндр заливают заданное количество воды и пипеткой отбирают количество воды, содержащееся в кристаллогидрате. Воду наливают в калориметр, погружают в неё пробирку с кристаллогидратом и приступают к калориметрическим измерениям. Результаты калориметрических измерений заносят в таблицу 3. Обработка результатов Расчёт постоянной калориметра. На основании полученных данных (табл. 3) построить графики t = f(τ) для определения действительного изменения температуры ( t) при растворении соли, по которой проводилось измерение постоянной калориметра К. График строят на миллиметровой бумаге, в масштабе 1 мин = 1 см на оси абсцисс откладывают время, на оси ординат температуру, выбор масштаба которой зависит от величины t. При t 1 C, 1 = 10 см; при t 1 C, 1 = 5 см. Рис. 2. Графическое определение изменения температуры в ходе калориметрического опыта при измерении экзотермического эффекта: (τ 1 τ 2 ) предварительный период; (τ 2 τ 3 ) главный период; (τ 3 τ 4 ) заключительный период. Вычисление t. При определении t необходимо учитывать, что в процессе опыта калориметр непрерывно обменивается теплом с окружающей средой, то есть получает или отдает некоторое количество тепла. Наиболее простой способ учета теплообмена графический. После нанесения на график всех экспериментальных точек получается кривая ABCD (рис. 2). Участок AB называется предварительным периодом, BC главным, CD заключительным. Экстраполируют зависимость температуры от времени предварительного и заключительного периодов на время главного периода (линии AF и GD). На ось ординат наносят точки b и c, соответствующие начальной и конечной

10 37 температурам главного периода. Через середину отрезка bc проводят линию Pp, пересечение которой с линией ABCD дает точку L. Через эту точку проводят вертикальную прямую до пересечения с прямыми AF и GD. Отрезок fg и будет равен t. Характер линии BC зависит от условий протекания теплового процесса (например, от размешивания), наклон кривых AB и CD зависит от характера теплообмена с окружающей средой. Таким образом, по виду кривой ABCD можно судить о качестве проведенного опыта. Определив t, необходимо рассчитать постоянную калориметра К: Qp mc K= (1.4) t Mc где: Q p. тепловой эффект растворения 1 моля соли, m c масса соли, М с молярная масса соли, t изменение температуры. Расчёт теплоты растворения безводной соли (кристаллогидрата соли) Аналогично, как было показано выше, построить графики для определения t при растворении безводной соли (кристаллогидрата соли). Рассчитать теплоты растворения безводной соли и её кристаллогидрата по уравнению (1.5) для данного разбавления раствора: K t Mc Qp = (1.5) mc где: Q p. тепловой эффект растворения 1 моля соли, m c масса соли, М с молярная масса соли, t изменение температуры. Отчёт о работе 1. Построить графики, заполнить таблицы 1 и 3, выполнить необходимые расчеты для определения постоянной калориметра, теплоты растворения безводной соли или кристаллогидрата соли. 2. Используя справочные данные по теплотам растворения рассчитать погрешность и проанализировать причины погрешности. 3. Сделать вывод по работе. 4. Ответить на контрольные вопросы, решить задачи. Примерные контрольные вопросы 1. Дать определение понятий: «термодинамическая система», «открытая система», «закрытая система», «изолированная система». Привести примеры. 2. Дать определение понятия «процесс»? Дать определение изотермических, адиабатических, изобарических, изохорических процессов, обратимых и необратимых, равновесных и неравновесных процессов. 3. Дать определение понятий: работа, теплота, внутренняя энергия. Каковы общие черты теплоты и работы? Их отличия?

11 38 4. Теплоемкость, определение, виды, теплоемкость газов, жидкостей, твердых веществ, зависимость теплоемкости от температуры. 5. Что такое функция состояния? Привести примеры. 6. Содержание и формулировка 1-го начала термодинамики. 7. Первый закон термодинамики для различных процессов. Вывести математические выражения для теплоты и работы следующих процессов: изохорного, изобарного, изотермического, адиабатического. 8. Что такое энтальпия, её физический смысл. 9. Тепловой эффект реакции. Соотношение между теплотами реакций при постоянном давлении и при постоянном объеме. 10. Закон Гесса, следствия из него (на примерах реакций). 11. Термодинамическая и термохимическая системы знаков для тепловых эффектов реакций. 12. Теплота образования, стандартная теплота образования. Расчет теплового эффекта по теплотам образования. Пример. 13. Теплота сгорания, стандартная теплота сгорания. Расчет теплового эффекта по теплотам сгорания. Пример. 14. Зависимость теплоты реакции от температуры. Уравнение Кирхгоффа и его решение. 15. В чем заключается калориметрический метод измерения теплоты гидратации соли? 16. Физический смысл постоянной калориметра. 17. Рассмотреть термохимическую схему расчета теплоты гидратации медного купороса на основе закона Гесса. 18. Теплота растворения. Почему процессы растворения веществ могут протекать не только с экзотермическим, но и с эндотермическим эффектом. Примеры решения задач 1. По графику для циклического процесса для 1 моль одноатомного идеального газа (C V = 12.5 Дж/моль К, C P = 20.8 Дж/моль К) рассчитать А, Q, U, H каждой стадии и всего процесса.

12 39 Решение: 1 2 Изобарный процесс (Р = const): A = n R (T 2 T 1 ), A = 1 8,31 ( ) = 2493 Дж ; H = n C p (T 2 T 1 ), H = 1 20,8 ( ) = 6240 Дж ; Q = H, Q = 6240 Дж ; U = Q A, U = = 3747 Дж. 2 3 Изотермический процесс (T = const): P 1 A = n R T ln, P2 A = 1 8, ln 0,5 = 3433 Дж ; Q = A, Q = 3433 Дж ; U=0, H= прямая с определенным углом наклона, то есть T P = const Из уравнения состояния идеального газа P 1 V 1 = n R T 1, P 3 V 3 = n R T 3, P nr 1 = T, P nr 3 V = 1 T V P P nr nr 1 3 Так как =, то =, то есть V1 = V 3 процесс изохорный, значит T1 T3 V1 V3 A = 0, U = n C v (T 2 T 1 ), U = 1 12,5 ( ) = 3750 Дж, Q = U, Q = Дж. Для всего процесса A = = 940 Дж ; Q = = 943 Дж ; U = = 3 Дж. Проверим выполняется ли I закон термодинамики: Q = A + U = 940 Дж 3 Дж = 943 Дж выполняется. 2. Q v(сгор.) C 7 H 16 = 1148,9 ккал/моль. Найдите Q p при t = 25 0 C для реакции C 7 H 16(ж) + 11O 2(г) = 7CO 2(г) + 8H 2 O (ж) (R = 1,987 кал/моль град). Решение: Q p = Q v + nrt или в термохимической системе записи, Q p = Q v + nrt, где n изменение числа частиц в ходе реакции (учитываем только газообразные вещества). n = n i кон n i нач = 7 11 = 4;

13 40 Q p = ,9 4 1, = 1151,27 ккал/моль; Q p = 1151,27 ккал/моль. 3. Рассчитать тепловой эффект реакции каталитического окисления аммиака: 4NH 3(г) + 5О 2(г) = 4NO (г) + 6H 2 O (г) при стандартных условиях. Решение: Исходя из первого следствия закона Гесса: Н = 4 Н f, NO, (г) + 6 Н f, H2O (г) 4 Н f, NH3 Находим по таблице значения стандартных теплот образования, принимая во внимание, что Н f, O2 = 0. Н = 4 90, ( 241,84) 4 ( 46,19) = 904,8 кдж/моль. Рассматриваемая реакция является экзотермической. 4. Рассчитать стандартный тепловой эффект реакции гидрирования ацетилена: С 2 Н 2 + 2Н 2 = С 2 Н 6. Решение: Пользуясь вторым следствием из закона Гесса, имеем: Н = Н сгор. С2Н2 + 2 Н сгор. Н2 Н сгор. С2Н6 Находим по таблице значения стандартных теплот образования. Тогда Н = 1299,6 + 2 ( 241,8) ( 1559,9) = 223,3 кдж/моль. 5. Тепловой эффект реакции: SO 2(г) + Cl 2(г) = SO 2 Cl 2(г) при Т 1 = 298 К равен Н = 61,80 кдж/моль. Рассчитать тепловой эффект реакции при Т 2 = 400 К, если средние теплоёмкости равны: Cp, SO2 (г) = 39,83 Дж моль -1 К -1 ; Cp, Cl2 (г) = 33,82 Дж моль -1 К -1 ; Cp, SO2Cl2 (г) =77,37 Дж моль -1 К -1 ; Решение: C p = 77,37 33,82 39,83 = 3,72 Дж моль -1 К -1 ; Пользуясь уравнением Н т = Н C p (Т 298) находим: Н 400 = 61,80 + 3,72 ( ) 10 = 61,42 кдж/моль. 6. Тепловой эффект реакции: 2Н 2 + СО = СН 3 ОН (г) при 298 К равен

14 41 Н 298 = 90,47 кдж/моль. Вычислить Н Решение: 1000 o, По закону Кирхгоффа: o H1000 = H 298+ Cp dt где С р = С р, СН3ОН С р, СО 2С р, Н2. Согласно табличным данным: 1 С р, СН3ОН = 15, , Т 31, Т 2 Дж/моль К 1 С р, СО = 28,41 + 4, Т 0, Т 2 Дж/моль К 2 С р, Н2 = 27,28 + 3, Т + 0, Т 2 Дж/моль К С р = а + в Т + с Т 2 + с Т 2, где а =15,28 28,41 27,28 2 = 67,69 в = (105,2 4,1 2 3,26) 10 3 = 94, с = 0 + (0,46 2 0,5) 10 5 = 0, с = 31, = 31, Итак, С р = 67, , Т 0, Т 2 31, Т 2 Вычисляем: Дж/моль К. C p dt = ( а + в Т + с Т -2 + с Т 2 ) dт = а ( ) в ( ) с ( ) + с ( ) = = 47518, ,46 127, ,89 = Дж/моль = = 14,657 кдж/моль. o o H 1000 = H С р dт = 90,41 14,657 = 105,097 кдж/моль. 7. В одном сосуде содержится 2 л Н 2 О при Т = 30 С, а в другом сосуде 8 л Н 2 О при Т = 75 С. Жидкости смешали. Найдите температуру получившейся смеси. Решение: При взаимодействии двух веществ количество теплоты, отданное веществом, находящимся при более высокой температуре, равно количе-

15 42 ству теплоты, принятому веществом, находящимся при более низкой температуре. Количество теплоты, принятое веществом при взаимодействии, определяется по формуле: Q = m C (T 0 T к ). Так как более нагретое вещество теряет тепло в процессе взаимодействия, а более холодное принимает, то Q пр = Q от Выше указанная формула принимает вид: m C (T 0 T к1 )= m C (T 0 T к2 ) m C (T 0 T к1 ) = m C (T к2 T 0 ) Так как масса воды равна её объему, а теплоемкости равны, то 2(Т 0 30) = 8(75 Т 0 ) Т 0 30 = 300 4Т 0 5Т 0 = 330 Т 0 = 66 С Температура полученной смеси будет равна 66 С. Задачи для самостоятельного решения. 1. Найдите тепловой эффект реакции CH 4(г) + Cl 2(г) = CH 3 Cl (г) + HCl (г), если эффекты следующих реакций равны: CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O H 1 = 212,79 ккал/моль, CH 3 Cl + 3 / 2 O 2 = CO 2 + H 2 O H 2 = 164,0 ккал/моль, H / 2 O 2 = H 2 O H 3 = 68,317 ккал/моль, 1 / 2 H / 2 Cl 2 = HCl H 4 = 22,06 ккал/моль. 2. Найдите тепловой эффект реакции C 2 H 4 + H 2 O = C 2 H 5 OH, если теплоты образования C 2 H 4, H 2 O, C 2 H 5 OH соответственно равны 12,496 ккал/моль, 27,798 ккал/моль, 56,51 ккал/моль. 3. Теплоты сгорания бутена 1 и n бутана соответственно равны 649,66 и 687,94 ккал/моль. Найдите теплоту реакций: 4C + 4H 2 = C 4 H 8, 4C + 5H 2 = C 4 H 10, C 4 H 8 + H 2 = C 4 H 10, если теплоты образования CO 2 и H 2 O cоответственно равны: 94,052 и 68,317 ккал/моль.

16 43 4. В одном сосуде находится 5 л H 2 SO 4 при температуре Т=25 С, в другом-6 л H 2 SO 4 при температуре Т=86 С. Кислоты смешали. Вычислить температуру полученной смеси. 5. Определите количество теплоты, которое поглотится при нагревании 1 кг корунда (Al 2 O 3 ) от 298 до 1000 К, если температурная зависимость теплоемкости выражается следующим выражением: С р = , Т 35, Т 2 Дж/моль К