Физикалық ЖӘне коллоидтық химия

жүктеу 2,11 Mb.

бет	2/12
Дата	24.02.2018
өлшемі	2,11 Mb.
	#10617

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 12

Зертханалық жұмыс № 2
ЕРУ ЖӘНЕ БЕЙТАРАПТАНУ РЕАКЦИЯЛАРЫНЫҢ ЖЫЛУ

ЭФФЕКТІЛЕРІН АНЫҚТАУ

Құрал-жабдықтар және реактивтер:

Изотермиялық калориметр, термометр 0-50°С, зерттелуге тиіс тұз, қышқыл, негіздер ерітіндіері.

Тәжірибе №1. Тұздың еру жылуын өлшеу

Еритін заттың табиғатына байланысты және еріткішке байланысты ерудің барысын жылу сіңіре немесе бөле жүруі мүмкін. Қатты заттар ерігенде оның кристалдың торы бұзылады да, энергия жұмсалады.(балқу жылуы). Мұнымен қатар, еритін зат еріткішке химиялық байланысқа түседі. Бұдан еру жылуы еритін заттың балқу жылуының алгебралық жиынтығын құрайды және оның еріткішпен химиялық байланысқа түсу жылуын тудырады. Еру жылуы еріткіштің жіне еритін заттың белгілі бір мөлшеріне байланысты. Сұйытылған ерітіндіде еру жылуы концентрацияға тәуелді бола бермейді де, берілген зат үшін іс жүзінде тұрақты жылу изоляторы стакандар арасындағы әуе қабаты болады. Жылу эффектісін өлшегенде калориметрдегі реакцияның температура өзгерісін және С_к калориметр системасының жылу сыйымдылығын анықтап алу қажет, сонда ∆H энтальпия өзгерісі: ∆Н=C_к·∆t.

С_к калориметриялық системаның жылу сыйымдылығын шамамен есептеу жолына анықталады ол өлшенуге тиіс сұйықтан және қыздырылған калориметр бөлігінің жылу сыйымдылығынан стақан, араластырғыш, калориметр константасын анықтайтын термометрдің сұйыққа батырылған бөлігінен құралады. С_к калориметрді бір градусқа қыздыруға қажет жылу мөлшерін көрсетеді. С_к-ны прибордың жекелеген бөліктерінің өндірген массасын шыны мен металдың меншікті жылу сыйымдылығына тиісті шаманы есептей отырып анықтауға болады:

С_к=C_т∙В_т+С_ст∙В_стакан+∆V_c_{териометр}(1)

мұндағы: ∆V- термометрдің толғын бөлігінің көлемі.
Жұмысты орындау реті
Қыздыруға тиіс калориметрдің барлық бөлігін және термометрдің толы бөлігінің көлемін анықтаңдар. ∆V анықтау үшін термометрді калориметрдің стаканына қанша тереңдікке салынса, мензуркаға сонша тереңдікке салу керек. Меншікті жылу сыйымдылықтары: стакандікі – 0,8 кДж/кг град, термометрдікі – 1,90 кДж/кг град, судың және сұйыт, электролит ерітіндісінікі – 4,19 кДж/кг град.

С_к-ны формула бойынша есептеңдер. Калориметрге 200 мл су құйыңдар және оны араластырғыш және термометрі бар қақпақпен қойылған судың температурасын жазып алыңдар. 5-7 гр өлшенген тұзды алып, калориметрге салыңдар. Ерітіндіні жақсылап араластыра отырып, тұз еріген соң, температураның өзгерісін анықтаңдар.

Тұздың еру жылуын (1) формула бойынша есептеңдер.
∆Н = (2)

мұндағы: М-тұздың молекул.массасы

q-өлшеп алған тұз мөлшері, кг

Мұғалімнен алған мәліметтері бойынша тәжірибенің салыстырмалы қателігін процентпен есептеп жазыңдар.

Салыстырмалы қателік = *100% (3)
Тәжірибе №2. Бейтараптану жылуын анықтау

Бейтараптану жылуы деп бейтараптану кезіндегі энтальпия өзгерісін айтады. Калориметрге тура көлемі өлшенген 100 мл 1н қышқыл құйып, осы ерітіндінің температурасын анықтау қажет. Осы ерітіндіге тура өлшенген 100 мл 1н сілті қосып әрбір 5-7 мин.сайын температура өзгерісін (∆t) өлшеу. Бейтараптау жылуын мына формула бойынша анықтаймыз:

∆Н = (4)
мұндағы: С_к – калориметрдің жылу сыйымдылығы (тәжірибе бойынша)

∆t- бейтараптану реакциясының температура өзгерісі

n- әрекеттесуші заттардың моль саны.

Тәжірибенің салыстырмалы қателігін өлшеңдер.

«ТЕРМОДИНАМИКА» ТАҚЫРЫБЫНА ТИПТІК ЕСЕПТЕР ШЫҒАРУ.

1-мысал. t=60̊ C температурадағы және Р=6∙10⁶Н/м² –өлшенген 20л сутегінің изотермиялық ұлғаю жұмысын табу, егер газдың көлемі бұл кезде 0,04-тен 0,2м³ дейін өзгерсе.

Шешуі: Ұлғаю жұмысы:

А=n∙2,303∙R∙T∙lgV₂/V₁

Мұндағы: n-заттың к моль саны.

n-шаманы анықтау үшін сутегінің көлемін қалыпты жағдайға келтіреміз:

V_̥̥ = = = 0,984 м³

Газдың молярлық көлемін пайдаланып табамыз:
n = = 0,044 кмоль

Осыдан ұлғаю жұмысы:

A = 0,044∙ 2,303∙ 8314∙ 333 = 196,1
2-мысал. Әлеметтерден түзілген метил спиртінің энтальпиясын есептеу.
C_қатты + 2H_{2 газ} + 1/2O_{2 газ} = CH₃OH_сұйық + ΔHx
Төмендегі берілгендерді пайдалана отырып:
ΔН_жануС_қатты = -393,78 ∙ 10⁶ Дж/кмоль
ΔН_жануН_{2 газ} = -286,03 ∙ 10⁶ Дж/кмоль
ΔН_жануСН₃ОН_сұйық = -627,59 ∙ 10⁶ Дж/кмоль
ΔН_жануO₂ = 0
Гесс заңы бойынша реакцияның жылу эффектісі берілген заттың және реакция өнімінің жану жылуының шамасына тең:
ΔН_жану= ΔН_{жану барлық заттың} – ΔН _{барлық өнім жануы}

Стехиометриялық коэффициентті еске ала отырып, спирттің түзілу энтальпиясын табамыз:

ΔНх = -393,78 ∙ 10⁶+ [2∙(-286,03∙10⁶) - (627,59∙10⁶)] = -338,25 Дж/кмоль
3-мысал. Көлемдері бірдей 0,05 кмоль оттек пен 0,2 кмоль гелийді араластырғандағы энтропия өзгерісін анықтау. Жүйедегі температура тұрақты.

Шығарылуы. Жүйенің энтропия өзгерісі әрбір газдың ұлғаю энтропиясының өзгерісінен туады:

ΔS_жалпы= ΔS+ ΔS_He

Бірдей көлемдегі газдарды араластырғанда, әрқайсысының көлемі екі есе артады:

ΔS = = 0,05∙8315∙= 286,9 Дж/кмоль∙град
ΔS = Дж/кмоль∙град
ΔS_жалпы = 1147,5 + 286,9 = 1,434∙10³ Дж/кмоль∙град
4-мысал. 120°С-тан 130°С дейін қыздырғандағы 1 кмоль СuO-ның энтропия өзгерісін анықтау, егер жылу сыйымдылығы төмендегі формуламен анықталса:
C_p = 49,35∙10³ + 41,9T
Шешуі: Белгілі бір температура аралығындағы энтропия өзгерісі төмендегідей формуламен өлшенсе:

ΔS =

5-мысал. 400 кмоль суда еріген 25,8 кг тұздан түзілген ерітіндінің энтальпия өзгерісі – 9,8∙10⁶ Дж құраса, 1 кмоль CaCl₂∙H₂O еру жылуын анықтау.

Шешуі: CaCl₂ кмоль саны 25,8/129=0,2.

1кмоль CaCl₂∙H₂O 400 кмоль судағы еру жылуы мынаған тең:

ΔH = (-9,8∙10⁶)/0,2 = -49,0∙10⁶Дж/кмоль.

6-мысал. Адиабатикалық ұлғаю нәтижесінде қысымы 20 есе азайса, газдың көлемі неше есе өседі?

С_р/C_v = 2,55

Шешуі: Адиабат теңдеуін пайдаланып, pV^γ=const және Гей-Гюссан заңы бойынша p₁V₁=p₂V₂мынаны табамыз: p₁/p₂=(V₂/V₁)^γ.

Бірақ γ=C_p/C_v=2,55

20=(V₂/V₁)^2,55

Теңдеуді логарифмдеп табамыз:

lg 20=2,55∙lgV₂/V₁

lgV₂/V₁= 1,3010/2,55=0,51

V₂/V₁= 3,24

Газдың көлемі 3,24 есе өсті.

«ТЕРМОДИНАМИКА» ТАҚЫРЫБЫНА СҰРАҚТАР:

Термодинамиканың алғашқы бастамасының математикалық ұғымын және түсінігін беріңіз.
Изобаралық, изотермиялық, адиабаталық жағдайлардағы жұмыс қалай есептеледі?
Гесс заңының маңызы және одан туындайтын жағдайлар.
Жылу сыйымдылығы мен жылу эффектісінің температураға тәуелділігі неге байланысты?
Жылу сыйымдылығы деген не? Сіздерге жылу сыйымдылығының қандай түрі белгілі? Олар қалай байланысқан?
Еру жылуы, бейтараптану жылуы, гидратация жылуы, түзілу жылуы мен заттардың жану жылуын айырып беріңіз.
Тұздар ерігенде жылу бөліну (немесе сіңірілу) себебін түсіндіру.
Ішкі энергия дегеніміз не? Және оның энтальпиямен байланысы қандай?

Зертханалық жұмыс № 3
СУТЕК ПЕРОКСИДІНІҢ ЫДЫРАУ ЖЫЛДАМДЫҒЫН ЕСЕПТЕУ
Мақсаты: Сутек пероксидінің ыдырау жылдамдығын катализатор қатысында газометрлік әдіспен зерттеу. Тәжірибе нәтижесінде алынған мәліметтер бойынша реакция жылдамдығын, жылдамдық константасын және активтену энергиясын есептеу.
Приборлар мен реактивтер:

1. Теңестіру склянкасы бар бюретка;

2. 100 мл-лік реакциялық колба;

3. Термостат;

4. Секундомер;

5. Термометр;

6. Шыны түтікше;

7. Өлшеуіш цилиндр, пипетка;

8. 10% -тік сутек пероксиді ерітіндісі;

9. 1% -тік калий бихроматы ерітіндісі.

Сутек пероксидінің сулы ерітіндісінің ыдырау теңдеуі:
Н₂О₂ → Н₂О + ½ О₂
Әдетте бұл реакция баяу жүреді; ал катализатор қатысында және температураны жоғарылатқана реакцияның жылдамдығы айтарлықтай жоғарылайды.

Реакция жылдамдығы белгілі-бір уақыт аралығында бөлінген оттектің көлемімен анықталалды. Тәжірибе 1-суретте көрсетілген приборда жүргізіледі.

1 – реакция жүретін ыдыс;

2 – бюретка;

3 – теңестіру ыдысы;

4 – термостат.

Сурет 1 – Сутек пероксидінің ыдырау реакциясы жылдамдығын газометриялық әдіспен зерттеу қондырғысының схемасы.

Катализатор ерітіндісі бар реакциялық колбаны (90 мл 1% К₂Сr₂О₇) сәйкес температурадағы термостатқа салып, ерітінді термостат температурасына бейімделгенше 20-30 минут ұстайды.

Колбаға 3 мл 10%-тік сутек пероксиді ерітіндісін құяды, сұйықтықты шыны түтікшемен араластырады және газ жүретін бюреткаға жалғанған тығынмен жабады

жүктеу 2,11 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 12