Тепловий ефект процесу розчинення крохмалю. Теплота розчинення солей і її визначення. Приклад розрахункової завдання

Розчини - це однофазні системи змінного складу, що складаються з декількох компонентів, один з яких є розчинником, а інші - розчиненими речовинами. Те, що розчини однофазні системи, ріднить їх з хімічними сполуками, а то, що вони є системами змінного складу, зближує їх з механічними сумішами. Тому і вважають, що розчини мають подвійну природу: з одного боку, вони схожі з хімічними сполуками, а з іншого - з механічними сумішами.

Розчинення - це фізико-хімічний процес. При фізичному явищі руйнується кристалічна решітка і відбувається дифузія молекул розчиненої речовини. При хімічному явище в процесі розчинення молекули розчиненої речовини реагують з молекулами розчинника.

Процес розчинення супроводжується виділенням або поглинанням теплоти. Цю теплоту, віднесену до одного молю речовини, називають тепловим ефектом розчинення, Qp.

• Загальний тепловий ефект розчинення залежить від теплових ефектів:
• а) руйнування кристалічної решітки (процес завжди йде з витратою енергії - Q 1);
• б) дифузії розчиненої речовини в розчиннику (витрата енергії - Q 2);
• в) гідратації (виділення теплоти, + Q 3, так як гідрати утворюються за рахунок виникнення нестійкою хімічного зв'язку, що завжди супроводжується виділенням енергії).

Загальний тепловий ефект розчинення Qp буде дорівнює сумі названих теплових ефектів: Qp = (-Q 1) + (- Q 2) + (+ Q 3); якщо Q 1> Q 3> то розчинення йде з поглинанням теплоти, тобто процес ендотермічний, якщо Q 1< Q 3 , то растворение идет с выделением теплоты, то есть процесс экзотермический. Например, растворение NaCl, KN0 3 , NH 4 CNS идет с поглощением теплоты, растворение NaOH, H 2 S0 4 - с выделением теплоты.

Завдання. Чому при розчиненні у воді хлориду натрію температура розчину знижується, а при розчиненні сірчаної кислоти - підвищується?

Відповідь. При розчиненні хлориду натрію йде руйнування кристалічної решітки, що супроводжується витратою енергії. На процес дифузії витрачається незначна кількість енергії. Гідратація іонів завжди супроводжується виділенням енергії. Отже, якщо в процесі розчинення знижується температура, то енергія, необхідна для руйнування кристалічної решітки, виявляється більшою, ніж енергія, що виділяється при гідратації, і в цілому розчин охолоджується.

Тепловий ефект розчинення сірчаної кислоти полягає, головним чином, З теплоти гідратації іонів, тому розчин розігрівається.

розчинність речовини- це його здатність розподілятися в середовищі розчинника. Розчинність (або коефіцієнт розчинності) визначається максимальною кількістю грамів речовини, яке може розчинитися в 100 грамах розчинника при даній температурі.

Розчинність більшості твердих речовин збільшується з нагріванням. Є винятки, тобто такі речовини, розчинність яких зі збільшенням температури мало змінюється (NaCl) або навіть падає (Са (ОН) 2).

Розчинність газів у воді падає з нагріванням і збільшується з підвищенням тиску.

Розчинність речовин пов'язана з природою розчиненої речовини. Полярні і іонні сполуки, як правило, добре розчиняються в полярних розчинниках, а неполярні сполуки - в неполярних розчинниках. Так, хлороводень і аміак добре розчиняються у воді, тоді як водень, хлор, азот розчиняються у воді значно гірше.

Розчином називають гомогенну систему, що складається з двох або більшого числакомпонентів. При переході речовини в розчин відбувається розрив міжмолекулярних і іонних зв'язківкристалічної решітки твердого речовини і перехід його в розчин у вигляді окремих молекул або іонів, які рівномірно розподіляються серед молекул розчинника.

Для руйнування кристалічної решітки речовини необхідно затратити велику енергію. Ця енергія звільняється в результаті гідратації (сольватації) іонів і молекул, т. Е. хімічної взаємодіїрозчиняється речовини з водою (або взагалі з розчинником).

Значить, розчинність речовини залежить від різниці величин енергії гідратації (сольватації) і енергії кристалічної решітки речовини.

енергія розчинення ? Н раст - енергія, що поглинається (або виділяється) при розчиненні 1 моль речовини в такому обсязі розчинника, подальше поповнення якого не викликає зміни теплового ефекту.

Загальний тепловий ефект розчинення залежить від теплових ефектів:

· А) руйнування кристалічної решітки (процес завжди йде з витратою енергії? Н 1> 0);

· Б) дифузії розчиненої речовини в розчиннику (витрата енергії? Н 2> 0);

· В) сольватації (гідратації) (виділення теплоти,? Н 3<0, так как между растворителем и растворенным веществом образуются непрочные химические связи, что всегда сопровождается выделением энергии).

Загальний тепловий ефект розчинення? Н p буде дорівнювати сумі названих теплових ефектів

Енергія розчинення визначається за формулою 1.1:

? Н pac т =? Н до p. р. +? Н c, (1.1)

де? Н раст - енергія розчинення речовини, кДж / моль;

? Н c - енергія взаємодії розчинника з розчиняють

речовиною (енергія сольватації), кДж / моль;

? Н до p р.н.. - енергія руйнування кристалічної решітки,

кДж / моль.

Якщо енергія руйнування кристалічної решітки більше енергії сольватації, то процес розчинення буде ендотермічним процесом, оскільки енергія, витрачена на руйнування кристалічної структури, які не буде скомпенсирована енергією, що виділяється при сольватації.

Якщо енергія руйнування кристалічної решітки менше енергії сольватації, то процес розчинення буде екзотермічним процесом, оскільки енергія витрачена на руйнування кристалічної структури повністю компенсується енергією, що виділяється при сольватації. Отже, в залежності від співвідношення між енергією руйнування кристалічної решітки розчиненої речовини і енергією взаємодії розчиненої речовини з розчинником (сольватация) енергія розчинення може бути як позитивною, так і негативною величиною.

Так, при розчиненні у воді хлориду натрію температура практично не змінюється, при розчиненні нітрату калію або амонію температура різко знижується, а при розчиненні гідроксиду калію або сірчаної кислоти температура розчину різко підвищується.

Розчинення твердих речовин у воді частіше буває процесом ендотермічним, так як у багатьох випадках при гідратації виділяється теплоти менше, ніж витрачається на руйнування кристалічної решітки.

Енергію кристалічної решітки можна розрахувати теоретично. Однак для теоретичного розрахунку енергії сольватації досі немає надійних методів.

Існують деякі закономірності, які пов'язують розчинність речовин з їх складом.

Для солей одного і того ж аніону з різними катіонами (або навпаки) розчинність буде найменшою в тому випадку, коли сіль утворена іонами однакового заряду і приблизно однакового розміру, тому що в цьому випадку енергія іонної кристалічної решітки максимальна.

Наприклад, розчинність сульфатів елементів другої групи періодичної системи зменшується по підгрупі зверху вниз (від магнію до барію). Це пояснюється тим, що іони барію і сульфату за розмірами найбільше підходять один до одного. У той час як катіони кальцію і магнію набагато менше аніонів SO 4 2-.

Розчинність гідроксидів цих елементів, навпаки, збільшується від магнію до барію, тому що радіуси катіонів магнію та аніонів гідроксиду практично однакові, а катіони барію за розміром дуже відрізняються від невеликих аніонів гідроксилу.

Однак бувають винятки, наприклад, для оксалатів і карбонатів кальцію, стронцію, барію та ін.

1) використовуючи зміна температури при розчиненні.

Кількість енергії, що виділяється при нагріванні або охолодженні тіла розраховується за рівнянням (1.2):

, (1.2)

де? Н розчин. - енергія розчинення речовини, кДж / моль;

з А - питома теплоємністьречовини А, Дж / (г ∙ К);

m 1 - маса речовини А, г;

Т - зміна температури, град.

ПРИКЛАД 1.1 При розчиненні 8г хлориду амонію в 291г води температура знизилася на 2 0. Обчисліть теплоту розчинення NH 4 C1 в воді, приймаючи питому теплоємність отриманого розчину дорівнює теплоємності води 4,1870 Дж / (г * К).

Рішення:

Використовуючи рівняння (1.2), розрахуємо енергію, що поглинається 291 г води при розчиненні 8г NH 4 C1, тому що при цьому температура зменшується на 2 0 С, то:? Н розчин. = - (4,187 ∙ 291 ∙ (-2)) = 2436,8 Дж.

Для визначення ентальпії розчинення NH 4 C1 складаємо пропорцію, М (NH 4 C1) = 53,49 г / моль:

8г NH 4 Cl - 2436,8 Дж

53,49г NH 4 C1 - х Дж

х = 1629,3Дж = 16,3кДж. Отже, розчинення NH 4 C1 супроводжується поглинанням тепла.

2) використовуючи наслідок із закону Гесса: тепловий ефект хімічної реакції (? Н 0 х.р.) дорівнює сумі теплот (ентальпій) утворення продуктів реакції (ΔH 0 o 6р.. npo д.) мінус сума теплот (ентальпій) утворення вихідних речовин (? Н 0 обр. вих.) з урахуванням коефіцієнтів перед формулами цих речовин в рівнянні реакції.

? Н 0 х.р.= ΣΔН 0 обр.прод - Σ? Н 0 обр.ісх, (1.3)

ПРИКЛАД 1.2 Розрахуйте тепловий ефект реакції розчинення алюмінію в розведеної соляної кислоти, якщо стандартні теплоти утворення реагуючих речовин дорівнюють (кДж / моль):? Н 0 (НС1) (aq) = - 167,5; ? Н 0 А1С1 3 (а q) = -672,3.

Рішення: Реакція розчинення А1 в соляній кислоті протікає по рівнянню 2А1 + 6НС1 (aq) = 2AlCl 3 (aq) + 3H 2. Оскільки алюміній і водень є простими речовинами, то для них? Н 0 = 0 кДж / моль, то тепловий ефект реакції розчинення дорівнює:

? Н 0 298 = 2 ∙? Н 0 А1С1 3 (а q) -6 ∙? Н 0 НС1 (aq)

? Н 0 298 = 2 ∙ (-672,3) -6 ∙ (-167,56) = - 339,2кДж.

Використовуючи наслідок із закону Гесса можна визначити можливість протікання реакції розчинення. В цьому випадку необхідно розрахувати енергію Гіббса.

ПРИКЛАД 1.3 Чи буде розчинятися сульфід міді в розведеної сірчаної кислоти, якщо енергія Гіббса реагентів дорівнює (кДж / моль): ΔG 0 (CuS (к)) = -48,95; ΔG 0 (H 2 SО 4 (aq)) = - 742,5; ΔG 0 (CuSО 4 (aq)) = -677,5, ΔG 0 (Н 2 S (г)) = -33,02.

Рішення. Для відповіді необхідно підрахувати ΔG 0 298 реакції розчинення. Можлива реакція розчинення CuS в розведеної H 2 SO 4 протікає по рівнянню:

CuS (к) + H 2 SО 4 (aq) = CuSО 4 (aq) + H 2 S (г)

ΔG 0 298 = ΔG 0 (CuSО 4 (aq)) + ΔG 0 (Н 2 S (г)) -ΔG 0 (CuS (K)) -ΔG 0 (H 2 SО 4 (aq))

ΔG 0 298 = -677,5-33,02 + 742,5 + 48,95 = 80,93 кДж / моль.

Так як ΔG> 0, реакція неможлива, т. Е. CuS НЕ буде розчинятися в розведеної H 2 SO 4.

Теплота гідратації? Н 0 гідрат. - теплота, що виділяється при взаємодії 1 моль речовини, що розчиняється з розчинником - водою.

ПРИКЛАД 1.4. При розчиненні 52,06г ВаС1 2 в 400 моль Н 2 О виділяється 2,16 кДж теплоти, а при розчиненні 1 моль ВаС1 2 ∙ 2Н 2 О в 400 моль Н 2 О поглинається 18,49 кДж теплоти. Обчисліть теплоту гідратації безводного ВаС1 2,

Рішення. Процес розчинення безводного ВаС1 2 можна представити таким чином:

а) гідратація безводної солі ВаС1 2

ВаС1 2 + 2Н 2 О = ВаС1 2 ∙ 2Н 2 О; ? Н гідр.<0

б) розчинення утворився гідрату

BaCl 2 ∙ 2H 2 О + aq * → ВаС1 2 ∙ 2Н 2 О (aq); ? Н раст. > 0

Кількість теплоти? Н 0, яке вирізняється при розчиненні безводного ВаС1 2, так само сумі алгебри теплових ефектів цих двох процесів:

? Н 0 ==? Н 0 гідр +? Н 0 розчин; ? Н 0 гідр =? Н 0 -? Н 0 розчин

Для обчислення теплоти гідратації безводного хлориду барію треба визначити теплоту розчинення ВаС1 2 для тих же умов, що і для ВаС1 2 ∙ 2Н 2 О, т. Е. Для 1 моль ВаС1 2 (розчин в обох випадках повинен мати однакову концентрацію); M (BaCl 2) = 208,25 г / моль

52,06г ВаС1 2 - 2,16кДж

208,25г ВаС1 2 - х кДж

х = 8,64 кДж / моль. Отже,? Н розчин = -8,64 кДж / моль.

Тоді? Н гідр = 18,49 + 8,64 = 27,13 кДж / моль.

Головну роль в утворенні сольватов грають неміцні міжмолекулярні сили і, зокрема, воднева зв'язок. Так, розглядаючи механізм розчинення речовини на прикладі NaCl у воді, було видно, що позитивні і негативні іони, наявні в кристалічній решітці, можуть за законами електростатичного взаємодії притягувати або відштовхувати полярні молекули розчинника. Наприклад, позитивно заряджені іони Na ​​+ можуть бути оточені одним чи декількома шарами полярних молекулводи (гідратація іонів). Негативно заряджені нони Сl - також можуть взаємодіяти з молекулами полярного розчинника, але орієнтація диполів води навколо іонів Сl - буде відрізнятися від орієнтації навколо іонів Na + (див. Рис.1).

Крім того, досить часто розчиняється речовина може і хімічно взаємодіяти з розчинником. Наприклад, хлор, розчиняючись, реагує з водою (хлорне вода)

Сl 2 + Н 2 0 = НСl + НОСl

Аміак, розчиняючись у воді, одночасно утворює гідроксид амонію (точніше гідроксид амонію)

NН 3 + Н 2 O = NН 3 Н 2 О↔Н 4 + + OН -

Як правило, при розчиненні поглинається або виділяється тепло і відбувається зміна обсягу розчину. Пояснюється це тим, що при розчиненні речовини відбувається два процеси: руйнування структури речовини, що розчиняється і взаємодія частинок розчинника з частинками розчиненої речовини. Обидва ці процесу супроводжуються різними змінами енергії. Для руйнування структури речовини, що розчиняється потрібні витрати енергії, тоді як при взаємодії частинок розчинника з частинками розчиненої речовини відбувається виділення енергії.

Залежно від співвідношення цих теплових ефектів процес розчинення речовини може бути ендотермічним або екзотермічним. Теплові ефекти при розчиненні різних речовин різні. Так, при розчиненні сірчаної кислоти у воді виділяється значна кількість теплоти. Аналогічне явище спостерігається при розчиненні в воді безводного сульфату міді (екзотермічні реакції). При розчиненні в воді нітрату калію або нітрату амонію температура розчину різко знижується (ендотермічні процеси), а при розчиненні в воді хлориду натрію температура розчину практично не змінюється.

Дослідження розчинів різними методами показало, що у водних розчинах утворюються сполуки частинок розчиненої речовини з молекулами води - гідрати.У разі сульфату міді присутність гідратів легко виявити по зміні кольору: безводна сіль білого кольору, Розчиняючись у воді, утворює розчин синього кольору.

Іноді гидратная вода настільки міцно пов'язана з розчиненим речовиною, що при виділенні його з розчину входить до складу його кристалів. Кристалічні речовини, що містять у своєму складі воду, називаються кристалогідрату. Вода, що входить в структуру таких кристалів, називається кристаллизационной.

Термохимия.

Розділ хімічної термодинаміки, присвячений дослідженням теплових ефектів хімічних реакцій, називають термохімією. Значення термохіміі в практиці досить велика, якщо врахувати, що теплові ефекти розраховують при складанні теплових балансів різних процесів і при дослідженні хімічних рівноваг.

Термохимия дозволяє обчислювати теплові ефекти процесів, для яких відсутні експериментальні дані. Це відноситься не тільки до хімічних реакцій, а й до процесів розчинення, випаровування, сублімації, кристалізації та ін. Фазовим переходам.

тепловим ефектомхімічної реакції називають максимальна кількістьтеплоти, що виділяється або поглинається в необоротний процеспри постійному обсязі або тиску і за умови, що продукти реакції і вихідні речовини мають однакову температуру і відсутні інші види робіт, крім розширення. Тепловий ефект вважається позитивним, коли теплота поглинається в ході реакції (ендотермічна реакція), якщо теплота виділяється - негативним ( екзотермічна реакція). згідно закону Гесса, Встановленого експериментально в 1846 р, - тепловий ефект процесу не залежить від проміжних стадій процесу, а визначається лише початковим і кінцевим станами системи.

Закон Гесса є цілком строгим тільки для процесів, що протікають при постійному обсязі, коли тепловий ефект дорівнює ΔU (зміни внутрішньої енергії), або при постійному тиску, коли тепловий ефект дорівнює? Н (зміни ентальпії).

δ Qv = dU, Qv = ΔU

δ Qp = dH, Qp = ΔH

Для цих процесів він легко виводиться з загального першогопочатку термодинаміки (закон Гесса був встановлений раніше, ніж було введено рівняння першого початку термодинаміки).

Висновки з закону Гесса:

1. Теплота утворення з'єднання з вихідних речовин не залежить від способу отримання цього з'єднання. Тепловий ефект реакції дорівнює сумі алгебри теплот утворення продуктів реакції мінус алгебраїчна сума теплот утворення вихідних речовин, з урахуванням стехиометрического коефіцієнта.

Теплота розкладання сполуки до тих самих вихідних речовин дорівнює і протилежна за знаком теплоті утворення з'єднання з цих речовин. Тепловий ефект розкладання будь-якого хімічної сполуки точно дорівнює і протилежний за знаком тепловому ефекту його освіти

? Н разл. = -? Н обр.

1. Якщо дві реакції мають однакові початкові стану і різні кінцеві, то різниця їх теплових ефектів дорівнює тепловому ефекту переходу з одного кінцевого стану в інше.

3. Якщо з двох різних систем в результаті різних процесів утворився однаковий продукт, то різниця між значеннями теплових ефектів цих процесів дорівнює теплоті переходу з першої системи в другу.

Наслідки із закону Гесса:

1. Тепловий ефект реакції дорівнює сумі теплот освіти реагентів з простих речовин. Ця сума розбивається на два доданків: сума теплот утворення продуктів (позитивна) і сума теплот утворення вихідних речовин (негативна) з урахуванням стехіометричних коефіцієнтів.

ΔHх.р. = Σ (ΔH f ν i) прод. - Σ (ΔH f ν i) вих.

1. Тепловий ефект реакції дорівнює сумі теплот згоряння вихідних речовин мінус теплот згоряння продуктів реакції, з урахуванням стехиометрического коефіцієнта.

ΔHх.р. = Σ (ΔH сг i · ν i) вих. - Σ (ΔH сг · ν i) тощо.

ΔНх.р. =? Н сг (СН 4) -? Н сг (СО 2) - 2? Н сг (Н 2 О)

? Н сг (О 2) = 0

Таким чином, закон Гесса застосовується при різних термохімічних розрахунках, і є основним законом термохімії. Він дає можливість обчислити теплові ефекти процесів, для яких експериментальні дані відсутні; теплові ефекти реакцій, що протікають в калориметр; для повільних реакцій, т. к. теплота в ході реакції буде розсіюватися, а в багатьох випадках і для таких, для яких вони не можуть бути виміряні в потрібних умовах, або коли процеси ще не здійснювалися. Це відноситься як до хімічних реакцій, так і до процесів розчинення, випаровування, кристалізації, адсорбції та ін.

Однак застосування цього закону вимагає суворого дотримання передумов, що лежать в його основі. Перш за все, необхідно, щоб в обох процесах були дійсно однакові початкові і кінцеві стани. При цьому істотним є не тільки однаковість хімічного складупродуктів, а й умов їх існування (температура, тиск і ін.) і агрегатного стану, а для кристалічних речовинтакож і однаковість кристалічної модифікації. При точних розрахунках у разі, якщо будь-яке з речовин, що беруть участь в реакціях, знаходиться в високодисперсному (т. Е. Сильно роздробленому) стані, істотною виявляється іноді навіть і однаковість ступеня дисперсності речовин.

Очевидно, що тепловий ефект буде різний також в залежності від того, чи будуть отримані або вихідні речовини перебувати в чистому стані або в розчині, відрізняючись на величину теплоти розчинення. Тепловий ефект реакції, що протікає в розчині, дорівнює сумі теплового ефекту самої реакції і теплового ефекту процесу розчинення хімічних сполукв даному розчиннику.

для термохімічних розрахунківнеобхідно, щоб всі теплові ефекти були віднесені до реагентів і продуктів в стандартному стані. Стандартне станречовини - це найбільш термодинамічно стійка форма при тиску 1 атм, температурі 298,15 К.

Стандартна теплота освіти DH ° f - парниковий ефект освіти 1 благаючи будь-якої речовини з простих речовин при стандартних умовах.

У зв'язку з цим, теплоти утворення простих речовин дорівнюють нулю, оскільки вони відповідають реакціям

Однак, теплоти реакцій

нерівні нулю, так як є теплотамі процесів: агрегатного перетворення (а), поліморфного перетворення (б), дисоціації (в).

Стандартної теплотою освіти іона у водному розчиніназивається теплота освіти одного благаючи гідратованого іона в розчині з молярною концентрацією іона, що дорівнює одиниці, З простих речовин при стандартних умовах. При цьому теплота освіти іона водню умовно прийнята рівною нулю.

С (графіт) + 3 / 2О 2 (газ) + аq + 2е → СО 3 2 · аq,? Н f (CO 3 2- aq)

Стандартна теплота згорянняDН ° сгор. - це теплота згоряння 1 благаючи органічної сполукипри стандартних умовах до СО 2, Н 2 O, SO 2, N 2. Якщо продукти згоряння, крім СО2 і Н 2 O, є й інші, це обмовляється в кожній реакції особливо. приклад:

Теплоти згорання водню і вуглецю збігаються з теплотамі освіти Н 2 О і СО 2, так як це теплові ефекти реакцій

Стандартна теплота фазових перетворень- це теплота перетворення 1 моля речовини при температурі переходу при Р = 1 атм. Сюди відносяться теплоти плавлення, випаровування, сублімації (сублімації), поліморфних перетворень.

Інтегральною теплотою розчинення DН m називають тепловий ефект розчинення з утворенням розчину певної концентрації при розрахунку на 1 моль розчиненої речовини.

Теплота розчинення газів зазвичай близька до теплоті їх конденсації, а твердих речовин з атомної або молекулярної кристалічною решіткою - до теплоті плавлення.

Більш складні процеси відбуваються при розчиненні електролітів. Теплоти розчинення електролітів є алгебраїчною сумою двох основних теплових ефектів: поглинання теплоти при руйнуванні кристалічної решітки з видаленням утворилися іонів на відстані, що відповідають обсягу розчину, і виділення теплоти при сольватації (гідратації) кожного іона молекулами розчинника. Обидва ефекти досягають сотень кілоджоулів на моль. Алгебраїчна сума їх - спостерігається теплота розчинення - має порядок одиниць і десятків кілоджоулів. Знак сумарного ефекту залежить від того, яке з доданків більше по абсолютній величині.

теплота гидратообразования- це теплота, що виділяється при приєднанні до одного молю безводної солі кристалізаційної води. Її визначають з інтегральних теплот розчинення безводної солі і кристалогідрату в таких кількостях води, щоб отриманий розчин мав би однакову концентрацію. Наприклад, отримати водний розчин MgCl 2 можна двома шляхами:

1 - розчиненням безводної солі MgCl 2

2 - розчиненням у воді кристаллогидрата MgCl 2 6H 2 0, попередньо отриманого з MgCl 2 і води.

З даної схеми по закону Гесса можна отримати теплоту гидратообразования:

DН гідр = DH m (MgCl 2) - DH m (MgCl 2. 6H 2 0)

теплота нейтралізації. Досвід показує, що в разі розбавлених розчинів теплота реакції нейтралізації молярної маси еквівалента сильної кислоти (НС1, H 2 S0 4 і ін.) сильним підставою(NaOH, КОН) не залежить від природи кислоти або підстави. Це пояснюється тим, що протікає тільки одна хімічна реакція

DH нейтр. = -55,9 кДж / моль

Прінейтралізаціі розведеного розчину слабойкіслоти або підстави спостерігається теплота нейтралізації може бути менше або більше за рахунок теплоти дисоціації. Теплота дисоціації складається з теплоти, що поглинається при розпаді молекули на іони і теплоти гідратації (сольватації) іонів молекулами розчинника і тому може бути як позитивною, так і негативною. Таким чином, теплота нейтралізації слабких кислот і підстав дорівнює

DН нейтр. = - 55,9 + DН дис.

закон Гесса

Г.І. Гесс в 1836 р ще до того, як було сформульовано l початок термодинаміки (1842), експериментально відкрив основний закон термохімії:

«Тепловий ефект реакції не залежить від проміжних стадій, а визначається лише початковим і кінцевим станом системи.»

При цьому процес повинен протікати термодинамічно необоротно, а одержувані продукти мати ту ж температуру, що і вихідні речовини.

Кількість тепла, яке виділяється або поглинається при розчиненні 1 моля речовини в такій кількості розчинника, подальше поповнення якого вже не викликає зміни теплового ефекту, називається теплотою розчинення.

При розчиненні солей у воді знак і величина теплового ефекту розчинення Δ Нвизначається двома величинами: енергією, що витрачається на руйнування кристалічної решітки речовини (Δ H 1) - ендотермічний процес, і енергією, що виділяється при фізико-хімічній взаємодії частинок речовини, що розчиняється з молекулами води (процес гідратації) (Δ Н 2) - екзотермічний процес. Тепловий ефект процесу розчинення визначається алгебраїчною сумою теплових ефектів цих двох процесів:

∆Н = ∆H 1 + ∆H 2 .

Тепловий ефект процесу розчинення може бути як позитивним, так і негативним.

Для практичного визначення теплот розчинення зазвичай визначають кількість тепла, що поглинається або виділяється при розчиненні довільної кількості солі. Потім цю величину перераховують на 1 моль, так як кількість тепла прямо пропорційно кількості розчиненої речовини.

Для термохімічних вимірювань використовують прилад, званий калориметром.

Визначення теплоти розчинення ведуть по зміні температури розчину, тому точність визначення залежить від ціни поділки (точності) використовуваного термометра. Зазвичай діапазон вимірюваних температур лежить в інтервалі 2-3 ° С, а ціна поділки термометра не більше ніж 0,05 ° С.

ХІД РОБОТИ

Для виконання роботи використовуйте калориметр, що складається з теплоізоляційного корпусу, кришки з вбудованими електричної мішалкою і термометром, а також отвором з пробкою.

Отримайте у викладача завдання: тип речовини, що розчиняється.

Відкрийте пробку на кришці калориметр і залийте в нього 200 мл води, закрийте пробку і витримайте 10-15 хвилин для встановлення постійної температури ( tнач ). За цей час на вагах, використовуючи кальку або годинне скло, отримаєте навішення вашого речовини (1,5 - 2,0 г) попередньо ретельно розтертого в ступці. Отриману навішення, по можливості швидко, через отвір в кришці помістіть в калориметр при включеній мішалці. Слідкуйте за зміною температури. Після встановлення теплової рівноваги (температура стабілізується) запишіть максимальну температуру розчину ( t maх) і розрахуйте Δ t = t max - tпоч. За отриманими даними розрахуйте теплоту розчинення солі, використовуючи рівняння:

∆Нрозчин = q M / m, Дж / моль, (1)

де q- теплота, що виділилася (або поглинути) в калориметр (кДж); m- навішування солі (г); М - молярна масарозчиняється речовини (г / моль);

теплота qвизначається на підставі експериментальних даних зі співвідношення:

q = (mст Cст + mр-ра Cр-ра) Δ t,(2)

де mст - маса склянки (г); mр-ра - маса розчину, що дорівнює сумі мас води і солі в склянці (г); Зст - питома теплоємність скла 0,753 Дж / г ∙ К;

Зр-ра - питома теплоємність розчину (води) 4,184 Дж / г ∙ К.

Порівнявши отриманий результат з даними табл.2, розрахуйте відносну похибку досліду (в%).

Теплота гідратації солі і її визначення

Фізико-хімічний процес взаємодії частинок розчиненої речовини з молекулами води (розчинника) називається гідратацією. В процесі гідратації утворюються складні просторові структури, звані гідратами, і при цьому в навколишнє середовищевиділяється енергія у вигляді тепла.

Тепловий ефект реакції утворення 1 моль гидратированной солі з безводної солі називається теплотою гідратації.

При розчиненні в воді безводної солі, здатної утворювати гідрати, послідовно протікають два процеси: гідратація і розчинення утворився кристаллогидрата. наприклад:

CuSO 4 (тв) + 5Н 2 О (ж) = CuSO 4 × 5H 2 О (тв),

CuSO 4 × 5H 2 О (тв) + n H 2 O (ж) = CuSO 4 (р),

CuSO 4 (р) + n H 2 O (ж) = Cu 2+ (р) + SO 4 2- (р)

Розчинення електролітів супроводжується процесом електролітичноїдисоціації. Теплота гідратації молекули дорівнює сумі теплот гідратації утворилися при цьому іонів з урахуванням теплоти дисоціації. Процес гідратації-екзотермічний.

Наближено теплота гідратації речовини може бути визначена як різниця між теплотамі розчинення безводної солі і її кристаллогидрата:

∆Hгідр = Δ Hбезв - Δ Hкрист, (3)

де Δ Hгідр - теплота гідратації молекул;

∆Hбезв - теплота розчинення безводної солі;

∆Hкрист - теплота розчинення кристалогідрату.

Таким чином, для визначення теплоти гідратації молекул необхідно попередньо визначити теплоту розчинення безводної солі і теплоту розчинення кристалогідрату цієї солі.

ХІД РОБОТИ

Теплоту розчинення безводного сульфату міді CuS0 4 і кристаллогидрата CuS0 4 × 5H 2 0 необхідно визначити, використовуючи лабораторний калориметр і методику проведення роботи 1.

Для більш точного визначення теплоти гідратації необхідно отримати навішування по 10-15 г кристалогідрату і безводної солі сульфату міді. Необхідно знати, що безводна сіль міді легко поглинає воду з повітря і переходить в гідратована стан, тому безводну сіль необхідно зважувати безпосередньо перед досвідом. За отриманими даними необхідно розрахувати теплоти розчинення безводної солі і кристалогідрату, а потім зі співвідношення (3) визначити теплоту гідратації. Розрахуйте відносну похибку досліду в процентах, використовуючи отримані дані і дані табл.2.