Работа № 3 тепловые эффекты химических реакций

Цель работы: определение и вычисление тепловых эффектов

химических реакций

Опыт 1. Определение тепловых эффектов растворения щелочи и нитрата натрия в воде

Выполнение опыта

В две пробирки налейте по 3 – 4 мл воды. В первую пробирку внесите немного измельченного гидроксида натрия, а во вторую пробирку – несколько кристалликов нитрата аммония.

Отметьте, в какой пробирке наблюдается нагревание, а в какой – охлаждение раствора.

Запись результатов опыта

В выводе ответьте на вопрос, какой из этих двух процессов происходит с выделением теплоты, а какой – с поглощением теплоты. Введите понятие теплового эффекта химического процесса, экзотермического и эндотермического процессов.

Опыт 2. Вычисление теплового эффекта процесса гашения извести водой

Выполнение опыта

В пробирку налейте немного дистиллированной воды и внесите мелкие кусочки негашеной извести (оксида кальция). Что наблюдаете?

Запись результатов опыта

Напишите уравнение происходящей химической реакции. Рассчитайте тепловой эффект процесса взаимодействия оксида кальция с водой, если известны стандартные энтальпии образования веществ, участвующих в реакции:

∆H⁰_{f, 298 CaO(т)} = – 635,1 кДж / моль;

∆H⁰_{f, 298 H2O(ж)} = – 285,8 кДж / моль;

∆H⁰_{f, 298 Ca(OH)2(т)} = – 986,2 кДж / моль.

Запишите термохимическое уравнение этой реакции.

В выводе ответьте на вопрос, к какому типу относится данная реакция (экзо- или эндотермическая).

Вопросы для самоконтроля знаний

1. Дайте понятие термодинамической системы. Какие параметры определяют состояние системы?

2. Что изучает химическая термодинамика?

3. Что такое термодинамический процесс? Каковы особенности изотермического, изобарного и изохорного процессов?

4. Что такое внутренняя энергия системы? Почему она является функцией состояния системы?

5. Сформулируйте первое начало термодинамики. Дайте понятия «теплоты» и «работы».

6. Что такое энтальпия? Каков ее физический смысл?

7. Что такое тепловой эффект химической реакции? Какие реакции называются экзотермическими? Эндотермическими?

8. Что происходит с теплотой и внутренней энергией в эндотермической реакции?

9. Что представляет собой термохимическое уравнение химической реакции?

10. Сформулируйте закон Гесса и следствия из него.

11. Что такое стандартная энтальпия (теплота) образования вещества? Чему равна стандартная энтальпия образования простых веществ?

12. Назовите стандартные условия. Что такое стандартное состояние вещества?

Работа № 4 изменение энтропии и направление химического процесса

Цель работы: определение изменения энтропии и направления

протекания химических процессов; вычисление

изменения свободной энергии Гиббса химического

процесса.

Опыт 1. Изменение энтропии химических процессов

Выполнение опыта

Из имеющихся реактивов – раствора хлорида бария, раствора сульфата бария, соляной кислоты и кристаллического углекислого натрия выберите соответствующие вещества и проведите химические реакции, сопровождающиеся

а) увеличением энтропии системы;

б) уменьшением энтропии системы.

Запись результатов опыта

Напишите уравнения химических реакций между выбранными веществами.

Оцените изменение энтропии (ΔS < 0, ΔS > 0) для каждой реакции по ее уравнению и агрегатному состоянию исходных веществ и продуктов реакции.

В выводе дайте определение энтропии и отметьте, какая из реакций происходит с увеличением энтропии, а какая – с уменьшением и почему?

Опыт 2. Определение направления протекания химического процесса

Выполнение опыта

В пробирку с газоотводной трубкой внесите щепотку хлорида аммония и осторожно нагрейте пробирку. Наблюдается исчезновение осадка на дне пробирки и появление белого осадка на холодных стенках пробирки и газоотводной трубки. Объясните это явление.

Запись результатов опыта

Вычислите изменение свободной энергии Гиббса для реакции:

NH₄Cl(т) ↔ NH₃(г) + HCl(г) ,

используя значения стандартной свободной энергии Гиббса образования вещества ΔG_{f, 298} участников реакции.

В выводе укажите влияние температуры на протекание данного процесса.

Вопросы для самоконтроля знаний

1. Что такое самопроизвольные и несамопроизвольные процессы? Приведите примеры.

2. Что такое энтропия? Как изменяется энтропия при фазовых превращениях?

3. В чем физический смысл термодинамической вероятности? Приведите математическое выражение уравнения Больцмана.

4. Что является критерием направленности и равновесия в изолированных системах?

5. Приведите формулировку и математическое выражение второго закона термодинамики для изолированных систем.

6. Что такое энергия Гиббса (изобарно-изотермический потенциал)? В чем ее физический смысл?

7.  Приведите условие принципиальной возможности самопроизвольного протекания процесса в закрытых системах.

8. Какую тенденцию системы выражает а) энтальпийный фактор, б) энтропийный фактор? Как влияет соотношение этих факторов на самопроизвольное протекание экзо- и эндотермической реакций?

9. Что такое стандартная энергия Гиббса?

10. Как определяется энергия Гиббса химической реакции в стандартных условиях?