Задание 1. Определение тепловых эффектов растворения твердых веществ в воде
Лабораторная работа №2.
Измерение температуры среды
с помощьюдатчика температуры
Цель работы: исследовать характер изменения температуры в процессе химических реакций
Общая информация
Температура - физическая величина, характеризующая среднюю кинетическую энергию частиц макроскопической системы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия. В равновесном состоянии температура имеет одинаковое значение для всех макроскопических частей системы.
C помощью датчика температуры цифровой лаборатории «Архимед» возможно решение экспериментальных задач на определение тепловых эффектов химических реакций. Тепловым эффектомназывается суммарное количество энергии, выделенной или поглощенной системой в результате реакции, проводимой при постоянной температуре. Реакции, протекающие с выделением теплоты, называются экзотермические; с поглощением теплоты - эндотермические. Выделяющееся в результате реакции тепло передается в окружающую среду до тех пор, пока не произойдет выравнивание температур. Калориметр – это прибор для измерения количества поглощенного или выделившегося в ходе химической реакции тепла.
Удельную теплоту реакции можно рассчитать по формуле: , где с – удельная теплоемкость, ∆t – изменение температуры, q – количество поглощенного (выделившегося) тепла на 1 г вещества.
Датчик температуры
Простой и надежный датчик предназначен для измерения температуры в водных и других химических растворах с погрешностью ±1°С. Чувствительный элемент датчика имеет защитный чехол.
Принцип действия: датчик подключается кабелем непосредственно к регистратору данных. На другом конце кабеля находится чувствительный элемент. На датчик подается электрическое напряжение в 5 В, а его выходной сигнал, также в виде напряжения в диапазоне 0-5 В поступает на вход аналого-цифрового преобразователя устройства регистрации и сбора данных и хранится в его памяти, а затем может быть передан на КПК или ПК.
Теxнические xарактеристики:
· Диапазон измерений -25 - +110°С
· Разрешение 0,09° С
· Погрешность измерений ±1% от измеряемой величины
Лабораторная работа 2.
«Определение тепловых эффектов растворения»
Общая информация
При растворении твердых веществ происходят два процесса с противоположным энергетическим эффектом. С одной стороны, при растворении рвутся связи между частицами растворяемого вещества (разрушение кристаллической решетки) и молекулами растворителя, что требует затрат энергии. С другой, образуются связи между молекулами растворителя и растворенными частицами, в результате чего энергия выделяется (энергия гидратации). Поэтому растворение твердого вещества может быть как экзо-, так и эндотермическим процессом.
Если энергия разрушения кристаллической решетки меньше энергии гидратации растворённого вещества, то растворение идёт с выделением теплоты (наблюдается разогревание). Так, растворение NaOH – экзотермический процесс: на разрушение кристаллической решётки тратится 884 кДж/моль, а при образовании гидратированных ионов Na+ и OH- выделяется соответственно 422 и 510 кДж/моль.
Если энергия кристаллической решётки больше энергии гидратации, то растворение протекает с поглощением теплоты (при приготовлении водного раствора NH4NO3 наблюдается понижение температуры).
Тепловой эффект растворения вещества – это энергия, которая выделяется при растворении единицы количества вещества. Выделившуюся энергию можно рассчитать по изменению температуры ∆Т. Для этого нужно знать теплоемкость раствора с, которую можно примерно принять равной теплоемкости воды (с(Н2О) = 420 Дж/(кг·К)), и его массу m, которую также можно примерно принять равной массе воды. Таким образом, , где - количество растворенного вещества.
Задание 1. Определение тепловых эффектов растворения твердых веществ в воде