Розрахунки

1. Обчисліть тиск ацетилену в циліндрі за формулою:

де р_бар — барометричний тиск, мм.рт.ст.;

h — тиск пари над насиченим розчином натрій хлориду при температурі , t°С;

h_в — висота стовпа розчину в циліндрі, мм.

2. Приведіть об’єм ацетилену до нормальних умов, використовуючи рівняння газового стану:

3. По рівнянню реакції визначте об’єм ацетилену, який виділяється із даної маси кальцій карбіду (100%) при дії на неї води.

4. По даним п.п. 2 і 3 розрахуйте процентний склад СаС₂ в кальцій карбіді і встановіть ступінь чистоти.

Контрольні питання і задачі

1. За допомогою якої реакції можна доказати присутність солей хлоридної кислоти як домішок до сульфатної кислоти?

2. Визначте ступінь чистоти СаН₂, якщо при взаємодії 7,6 г його з водою при 17°С і 740 мм.рт.ст. виділяється 8,75 л водню.

Відповідь: 98,8%

3. Визначте вміст вуглецю у вугіллі, якщо з 205,6 г вугілля одержали за нормальних умов 1м³ газу, який має у своєму складі 2% СН₄ , 29% СО і 2% СО₂.

Відповідь: 86%

4. Визначте процентний вміст домішок в піриті, якщо при прокалюванні 15 т піриту виділилося 5376 м³ сульфур (IV) оксиду, приведених до нормальних умов. Процес прокалювання протікав за рівнянням: 4FeS₂+11O₂ = 2Fe₂O₃+8SO₂

Відповідь: 4%

Робота 6 Визначення теплового ефекту хімічної реакції.

Мета роботи — ознайомлення студентів з колориметричним методом визначення ентальпії та термодинамічними розрахунками, пов’язаними з енергетикою хімічних реакцій.

Теоретична частина.

Для будь-якого процесу дотримується закон збереження енергії: теплота Q, яка підводиться до системи, витрачається на збільшення її внутрішньої енергії U, на здійснення роботи А над зовнішнім середовищем (перший закон термодинаміки).

Q = A + ΔU

На відміну від внутрішньої енергії, теплота та робота не являються функціями стану, оскільки вони служать формами передачі енергії і пов’язані з процесом, а не зі станом системи. Вони залежать від шляху процесу.

Якщо хімічний процес протікає при постійному об’ємі (Т, V= const) і єдиним видом роботи є робота розширення (А= p·Δv) то тепловий ефект цієї реакції буде дорівнювати приросту внутрішньої енергії системи:

Q_v,Т = ΔU

Якщо хімічний процес протікає при постійному тиску (Т, р = const) і єдиним видом роботи є робота розширення (А= р · ΔV ), то тепловий ефект цієї реакції дорівнює зміні ентальпії системи:

Q_v,Т = ΔU + p · ΔV = ΔH,

де Н = U+ р · V.

Величину Н називають ентальпією. Таким чином, теплота ізобарно-ізотермічного процесу набуває властивості функції стану і не залежить від шляху, за яким протікає процес.

Реакції, які супроводжуються виділенням теплоти, називаються екзотермічними (ΔН< 0), а реакції, які супроводжуються поглинанням теплоти називаються ендотермічними (ΔН> 0).

Енергетичний ефект хімічної реакції виражають в кілокалоріях або кілоджоулях і називають тепловим ефектом. Оскільки більшість хімічних реакцій ізобарні, то їх тепловий ефект оцінюється зміною величини ентальпії системи.

Встановлено, що тепловий ефект хімічних реакцій залежить тільки від виду і стану вихідних речовин і кінцевих продуктів, але не залежить від числа і характеру стадій реакції (закон Гесса Г.І., 1841р.).

Для спрощення операцій з розрахунками теплових ефектів були введені уявлення про стандартний стан речовин і їх стандартні ентальпії. Стандартний стан речовин — це такий стан, коли речовина знаходиться у чистому виді при Т=298 К, р=101,325 кПа в стійкій для цих умов формі. Стандартному стану речовини відповідає його стандартна ентальпія утворення ΔН°₂₉₈ кДж/моль, тобто тепловий ефект реакції утворення 1 моля складної речовини із простих речовин за стандартних умов. Стандартні ентальпії утворення простих речовин умовно приймають рівними нулю. Стандартні ентальпії утворення наведено в довідкових таблицях.

Рівняння хімічних реакцій з показуванням теплових ефектів ( ΔН°₂₉₈ ) називають термохімічними. В цих рівняннях також показують стан речовини.

Наприклад:

2Н₂S_(г) + 3О_2(г) = 2Н₂О_(ж) + 2SО_2(г); ΔН°₂₉₈ = -563 кДж/моль

За порівняно невеликим числом Н°₂₉₈ можна розрахувати теплові ефекти багатьох хімічних реакцій, при цьому користуються наслідком із закону Гесса: тепловий ефект хімічної реакції дорівнює сумі стандартних ентальпій утворення продуктів реакції за вирахуванням суми стандартних ентальпій утворення вихідних речовин, з урахуванням коефіцієнтів, які стоять перед формулами цих речовин в рівнянні реакції

ΔН°₂₉₈ = Σn ΔН°₂₉₈ – Σn ΔН°₂₉₈