Беляев Б.А. и др. Лабораторный практикум по химической термодинамике (1022705), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Аккуратно открывая кран 2 (кран 1 - открыт), уменьшить разряжение всистеме на 40-50 мм рт.ст. (на 20-25 мм по верхней шкале) и закрыть кран2. Кипение жидкости в колбе при этом прекращается.8. Снова нагреть баню до начала кипения и в указанном порядке п.5-7произвести отсчеты давления и температуры. Снять 8-10 замеров(последний замер производится с открытыми кранами 1 и 2, т.е.
приатмосферном давлении).9. По окончании работы выключить нагрев бани, баню отставить и толькопосле этого выключить охлаждение обратного холодильника (закрытьводу).10. Давление пара исследуемой жидкости р при данной температуреопределяют как разность между атмосферным давлением (ра - определяютпо барометру) и показаниям манометра. Результаты измерений сводят втаблицу П.4а:Таблица Н.4аРезультаты измерений на установке №1Температуракипения жидкости1, °Ст,к1т'к-1Показания манометраДавлениеВерхний Нижний Разность насыщен- 1пруровеньуровеньуровнейного парартути hi, ртути h2, Ah=hi-h 2 , р = р а - ЛЬ,мм рт. ст.
мм рт. ст. мм рт. ст. мм рт. ст.!2.2.4. Порядок работы на установке №21. В холодильник 5 пустить воду. Вода должна стекать в слив слабой струей.2. Включить электроплитку для нагрева песчаной бани 8 (тумблер "БАНЯ").3. Открыть кран 2, при этом кран 1 должен быть закрыт. Положения крана:иЗАКРЫТО4. Включить вакуумный насос тумблером с меткой "НАСОС". Создать всистеме разряжение: в момент, когда показания по шкале вакуумметрасоставят 65-70 делений, закрыть кран 2 и выключить вакуумный насос.Медленно открыть кран 1 для сообщения с атмосферой.311. Кран, соединяющий систему сатмосферой;2. Кран, с помощью которогоизменяется давление в системе;3. Термометр;4.5.6.7.8.ВакуумметрОбратный холодильник;Колба с исследуемой жидкостью;Предохранительная склянка;Песчаная баня.Рис.П.4. Схема установки №25. Приступить к измерениям.
Нагреть жидкость в колбе до начала кипения и,затем, до установления равновесия в системе. Критерий равновесия постоянство температуры кипения (tK„n) при медленном, равномерномпадении капель из обратного холодильника (1 капля в секунду).Внимание! Смесь не перегревать! Для уменьшения интенсивностикипения необходимо уменьшить нагрев (баню отставить, выключитьнагрев).6. Убедившись в постоянстве показаний термометра 3 в течение 1-2 минут,записать в таблицу значения 1кип и разряжения Др по вакуумметру вделениях шкалы.327.
Аккуратно открывая кран 2 (кран I - открыт), уменьшить вакуум на 5-7делений шкалы вакуумметра и закрыть кран 2. Кипение жидкости в колбепри этом прекращается.8. Снова нагреть баню до начала кипения и в указанном порядке п.5-7произвести отсчеты давления и температуры. Снять 10-12 замеров(последний замер производится с открытыми кранами 1 к 2 приатмосферном давлении).9. По окончании работы выключить нагрев бани, баню отставить и толькопосле этого выключить охлаждение обратного холодильника (закрытьводу).10. Давление в системе рассчитывается по следующему уравнению:р ; = 100 - Ар (делений шкалы).Результаты измерений сводятся в таблицу 11.46:Таблица 11.46Результаты измерений на установке №2Температуракипения жидкости 1/Тt,°Cт,кПоказаниявакуумметраДавлениенасыщенногоАр (дел. шкалы)пара р (дел.
шкалы)1пр12.2.5. Обработка экспериментальныхданныхДля расчета энтальпии испарения строят график, откладывая на осиабсцисс 1/T, а на оси ординат - In р. Проводят проверку выполнимостиуравнения Клапейрона-Клаузиуса (II.8): если уравнение выполняется, тографик должен получиться линейным (зависимость 11.10). Проведя черезнанесенные экспериментальные точки прямую (следует провести обработкупо методу наименьших квадратов - МНК), находят тангенс угла наклона этойпрямой к оси абсцисс. При измерении длин катетов необходимо учитыватьмасштабы по осям координат.
По величине tga можно найти энтальпиюиспарения AVH°- формула (II. 11)Энтальпию испарения жидкости, найденнуюэкспериментальноЛ\<Н°п.,следует сравнить с теоретическим значением, рассчитанным посправочнымданным[1]:Д Н°. = AfH°(nap) - AfH°(:>K),найтииотносительную погрешность эксперимента:ЭКСус п р а в33Энтропию испарения жидкости находят по формуле (II.7), в которойэнтальпия фазового перехода - найденная энтальпия испарения Ди-Н0 - AVH°,а температура фазового перехода - температура кипения исследуемойжидкости при атмосферном давлении.Как и для энтальпии испарения, находят относительную погрешностьэкспериментальногоопределенияэнтропиииспаренияисследуемойжидкости, по формуле аналогичной (11.23).В конце работы следует сделать выводы, при необходимости изучивсоответствующие лекции или разделы учебника: (достигнута ли цельработы?)1.
О выполнимости уравнения Клапейрона-Клаузиуса.2. О значениях термодинамических характеристик (о чем говорят ихабсолютные значения и чем объясняются их знаки?) и погрешностях ихопределения.3. Сравнить термодинамические характеристики исследуемой жидкости сосправочными характеристиками других жидкостей, например, ацетона иметанола, и если они отличаются, то объяснить причины этих различий.Сравнить энтропии испарения со значением, определяемым правиломТрутона.2.3.
Влияние температуры на растворимость твердоговещества2.3.1. Цель работы:Определение растворимости твердого вещества в воде, изучениевлияния температуры на растворимость и расчет энтальпии растворения поуравнению Вант-Гоффа.2.3.2. ОбщиеположенияМежду насыщенным раствором и твердой фазой устанавливаетсяравновесие. Если вещество X в растворенном состоянии не диссоциирует(или почти не диссоциирует), то равновесие можно охарактеризовать схемой:ХтвХр аст8Закон действующих масс (II.2) в этом случае, выраженный через Кс,будет иметь вид: К с = Ср.ра, т.к. твердое вещество по отношению к раствору34является конденсированной фазой и в явном виде в выражение К с не входит.И тогда уравнение изобары Вант-Гоффа (II.5) принимает вид:С(Х)2 ДН°( 1In=1ЛС II 24 ^где С(Х), - равновесная концентрация вещества X при температуре Т ьС(Х)2 - при Т 2 ,ДН° - стандартная энтальпия (теплота) растворения.Так как в уравнение (11.24) входит отношение концентраций под знакомлогарифма, то безразлично, в каких единицах выражать концентрациювещества.2.3.3.
Порядок выполненияработыКак следует из формулы (11.24), для расчета энтальпии растворения АН 0надо знать концентрацию вещества X в насыщенных растворах при двухтемпературах.Поэтому следует:1. Приготовить два насыщенных раствора заданного преподавателемвещества при двух заданных преподавателем температурах.2. Отобрать пробы и определить концентрацию растворенного веществапри одной и при другой температуре.3 Повторно отобрать пробы и проверить находится ли каждая из двухсистем {насыщенный раствор - твердая фаза) в состоянии равновесия.Для эксперимента используются две установки, состоящие изтермостатируемого сосуда с магнитной мешалкой. Термостатирующейжидкостью служит вода, поступающая в рубашку сосуда из ультратермостата.Необходимую температуру в ультратермостатах (обычно 25 и 35 °С) задают спомощью контактного термометра, а за постоянством температурынаблюдают по контрольному ртутному термометру.1.
В сосуд с термостатируемой рубашкой приливают мернымцилиндром указанное преподавателем количество дистиллированной воды(обычно 25 мл) и включают мешалку. Затем высыпают в сосуд исследуемоеслабодиссоциирующеевещество(дигидратщавелевойкислоты(Н 2 С 2 04-2Н 2 0), декагидрат тетрабората натрия (Na 2 B 4 07-10H 2 0) и т.д.). Массавещества указывается преподавателем в граммах и отвешивается натехнических весах (по объему она составляет 1-1,5 чайных ложки).Принципиально важно, чтобы вещество было взято в избытке и растворилосьне полностью. Только при наличии твердой фазы можно гарантировать, что35раствор насыщенный. Для достижения равновесия необходимо обеспечитьперемешивание в стаканах при постоянной температуре в течение 1,5-2 часов.Заданное значение температуры в ультратермостате и температура растворамогут не совпадать. Поэтому перед отбором проб температуру раствора встакане замеряют переносным термометром, записывают в лабораторныйжурнал и используют в расчетах.2.
Перед отбором пробы перемешивание в стаканах прекращают, апосле отбора - возобновляют. Пробу берут пипеткой на 5 мл и выливают впредварительно взвешенную на аналитических весах колбу с пробкой. Приотборе пробы нужно следить, чтобы в пипетку не попали кристалликинерастворившегося вещества. Для этого на нижний конец пипеткиприсоединяют с помощью кусочка резинового шланга наконечник,состоящий из стеклянной трубочки с ватным тампоном. Перед выливаниемпробы из пипетки следует снять с нее наконечник, закрыв пальцем верхнийконец пипетки. Взвешивают колбу с раствором и по разности определяютмассу раствора. Титрованием устанавливают содержание растворенноговещества в пробе (раствор щавелевой кислоты титруют щелочью, атетрабората натрия - кислотой).3. Через 15-20 минут надо взять новую пробу, чтобы убедиться, чтоконцентрация раствора заметно не изменилась и, следовательно, достигнутосостояние равновесия в системе раствор - твердая фаза и раствордействительно насыщенный.Результаты опытов сводят в таблицу II.5.Таблица II.5Результаты измеренийТ,КМассаМасса колбы Массапустойс раствором, раствора V, мл т „ р , гmD, гколбы, ггМассаводытв, гС, г на100 г воды1 _ !Расчет растворимости проводят по формуле:т П р = V-CM(f 3KB X) /1000,где(11.25 ),т п р - масса растворенного вещества в пробе, |г];V - объем раствора, израсходованного на титрование, [мл];С -концентрация раствора тигранта С(НС1) или C(NaOH), [моль/л];36M(f3KBX) - молярная масса эквивалента M(l/2Na 2 B 4 07-10Н 2 О) илиМ( 1 /211 2 С 2 0 4 -2Н 2 0).Для того чтобы иметь возможность сопоставить количестварастворенного вещества при разных температурах, их необходимопересчитать на одно и то же количество воды.
Руководствуясь тем, что всправочниках принято выражать растворимость в граммах на 100 г воды,проводят пересчет по формуле:С = - - • 100,( 11.26)т,гдеС - концентрация растворенного вещества в граммах на 100 г воды,ш8 - масса воды в пробе, определяемая как разность между массойраствора и растворенного вещества шв.= Шр - m np .Расчет энтальпии растворения проводят по формуле (11.24).В конце работы следует сделать выводы, при необходимости изучивсоответствующие лекции или разделы учебника:1. Достигнута ли цель работы?2. Как оценить влияние температуры на растворимостьтвердого вещества?исследованного3.
Объяснить знак энтальпии растворения исследованного твердого веществаи связать его с прочностью кристаллической решетки?РАЗДЕЛ III. ГЕТЕРОГЕННОЕ РАВНОВЕСИЕ/. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯЧАСТЬ1.1. Основные положения и правило фаз ГиббсаГетерогенное или фазовое равновесие изучает условия равновесия исостояние гетерогенных систем. Основным законом, которому подчиняетсяповедение таких систем, является правило фаз Гиббса. Оно связывает междусобой число степеней свободы (вариантность), число компонентов и числофаз.Гетерогенной называется система, которая состоит из двух и болеефаз.37Фазой называют однородную по физическим и химическимсвойствам часть системы, отделенную от других ее частей поверхностьюраздела.Если в системе имеется несколько однородных частей, тождественныхпо физическим и химическим свойствам, то все они образуют одну фазу.Например, насыщенный раствор какой-либо соли является двухфазнойсистемой, в которой одна фаза представляет собой раствор, а вторая - осадок,состоящий из множества кристаллов соли, но каждый из них обладает однимии теми же физическими и химическими свойствами, и все они представляютодну фазу.Каждая фаза характеризуется своим уравнением состояния.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
