Компьютеризированная лабораторная работа № 3 (УИРС)

 

Определение теплоты растворения хорошо

Растворимых солей

Цель работы: определить теплоту растворения неизвестной соли. Для этого необходимо:

- определить изменение температуры при растворении известной соли;

- определить интегральную теплоту растворения данной соли (по справочнику);

- рассчитать постоянную калориметра;

- определить ∆ T при растворении неизвестной соли;

- рассчитать интегральную теплоту растворения неизвестной соли.

Теоретическая часть

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 кристаллической решетки 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.

Теплота растворения зависит от концентрации образующегося раствора. Например, при растворении одного моль CuCO₃ · 2 H₂O в 8 моль воды поглощается 3,35 кДж теплоты, при растворении того же количества кристаллогидрата в 12 молях воды теплота растворения равна нулю, а при растворении в очень большом количестве воды выделяется 17,67 кДж теплоты.

Различают интегральную и дифференциальную теплоты растворения. Теплота, которая поглощается или выделяется при растворении одного моль вещества в таком количестве растворителя, чтобы образовался раствор с определенной моляльностью m, называется интегральной теплотой растворения. Дифференциальной теплотой растворения называется тепловой эффект, сопровождающий процесс растворения одного моль вещества в бесконечно большом количестве растворителя.

Дифференциальные теплоты растворения определяются расчетным методом. Интегральные теплоты растворения находятся экспериментально.

 

Рекомендации по проведению расчетов

 

Расчет теплоты растворения проводят на основе уравнения теплового баланса

, (1)

 

где m ₁ и m ₂ – масса воды и соли, соответственно, г;

с – теплоемкость образующегося раствора, Дж г^-1×К^-1, (для водных растворов с небольшой концентрацией растворенного вещества можно принять, что с = 4,18 Дж г^-1× К^-1); m_i и с_i – масса и теплоемкость составных частей калориметра.

Точно определить m_i и с_i не представляется возможным. Поэтому ∑ m_iс_i обозначают символом К, называемым постоянной калориметра и определяют его значение по изменению температуры при растворении определенного количества соли с известной теплотой растворения. Постоянная калориметра – количество тепла, которое необходимо подвести к участвующей в теплообмене части калориметра, чтобы поднять его температуру на 1°С. В этом случае уравнение теплового баланса запишется в виде:

 

Q = [ (m ₁ +m ₂ )c + K ]×∆ Т. (2)

Отсюда

. (3)

 

В качестве соли с известной теплотой растворения можно использовать КСl или NH₄Cl. Интегральные теплоты растворения солей даны в справочнике.

В справочнике интегральные теплоты растворения даны для стандартной температуры 298 К. Если температура воды, в которой растворяют соль, отличается от стандартной, то теплота растворения будет иной. Поэтому опыт нужно проводить при стандартной температуре или рассчитывать интегральную теплоту растворения для данной температуры с помощью уравнений типа ∆H = ∆H²⁹⁸ k (298 – T), где k –коэффициент, характерный для каждой соли. Например, для КСl – ∆H_уд = 256,9 – 3,89(298 - T), Дж × г^-1.

Теплота растворения соли зависит от концентрации образующегося раствора. Поэтому необходимо рассчитать концентрацию раствора, образующегося при растворении соли с известной теплотой растворения и, в соответствии с этим, интерполяцией определить теплоту растворения этой соли для данной концентрации, а затем рассчитать постоянную калориметра.

Зная постоянную калориметра легко рассчитать теплоту растворения неизвестной соли. Для этого определяют изменение температуры при растворении неизвестной соли и рассчитывают Q по формуле, а также рассчитывают удельную теплоту растворения неизвестной соли q по формуле

 

q = Q / m ₂. (4)

 

Значение удельной теплоты растворения соли можно использовать (наряду с другими данными) для определения соли. Для этого сравнивают полученное значение со справочными значениями удельных теплот растворения различных солей.

Экспериментальная часть

Приборы и реактивы

 

1. Учебно-лабораторный комплекс «Химия» в следующей комплектации:

- центральный контроллер;

- модуль «Термостат» в комплекте со стеклянным стаканчиком (150 см³), термодатчиком и устройством для размещения навески соли в термостате.

2. Навеска соли с известной теплотой растворения (2 г) и навеска неизвестной соли (2 г).