Вопросы и задачи к главе 1
1. Что такое термодинамическая система? Какие вы знаете типы систем?
2. В чем сущность первого закона термодинамики?
3. Чему равен тепловой эффект изобарного и изохорного процессов?
4. Как формулируется закон Гесса и какие следствия из него вытекают?
5. Что такое функции состояния?
6. Что называется стандартной теплотой образования и сгорания?
7. В чем сущность второго закона термодинамики?
8. Что такое термодинамически обратимые и необратимые процессы?
9. Каков физический смысл энтропии?
10. Что такое изобарно-изотермический потенциал и как его можно вычислить?
11. Пользуясь теплотами образования, рассчитайте тепловой эффект следующих реакций в стандартных условиях:
CO(r) + H2O(r) = CO2(r) + H2(r);
Fl2O3(k) + 2Al(k) = Al2O3(k) + 2Fl(k).
(кДж/моль);
CO(r) - 110,6
H2O(r) - 241,98
CO2(r) - 393,8
Fl2O3(k) - 822,7
Al2O3(k) - 1676,8
Ответ: - 41,2 кДж, - 854,1 кДж.
Рассчитайте
следующей реакции:
3H2(r) + N2(r) = 2NH3(r)
= 130,7 Дж/моль град
= 199,9 Дж/моль град
= 238,36 Дж/моль град
Ответ: - 206,8 кДж/моль град
Рассчитайте изменение энтальпии, энтропии и энергии Гиббса для реакции окисления NO в NO2 в стандартных условиях;
2NO + О2 = 2NO2
,
кДж/ моль
,
кДж/ моль∙К
NO 90,31 NO 210,7
NO2 33,00 NO2 240,2
O2 0 O2 205,0
Ответ:
= - 56,8 кДж/ моль;
= - 72,9 кДж/ моль;
= - 29,0 кДж/ моль.
Работа № 20. Определение теплового эффекта реакции нейтрализации серной кислоты
Цель работы – определение теплового эффекта реакции нейтрализации и проверка закона Гесса.
Нейтрализация 1 г-экв любой сильной
кислоты сильным основанием в достаточно
разбавленном растворе сопровождается
почти одинаковым экзотермическим
тепловым эффектом, отвечающим одному
и тому же процессу – образованию 1 моля
жидкой воды из гидратированных ионов
водорода и гидроксила
по уравнению
+
.
∆Ннейтр = -55,9 кДж/г-экв (-13,36 ккал/г-экв).
Оборудование ( см. рис. 1.1)
1. Внутренний стакан калориметра
2. Калориметр.
3. Мешалка.
4. Термометр.
5. .Бюретка.
Порядок выполнения работы Опыт № 1. Нейтрализация серной кислоты в одну стадию
1. Взвесить на технических весах с точностью до 0,01 г внутренний стакан калориметра (1) и мешалку (3), предварительно вытерев их досуха фильтровальной бумагой.
2. Во внутренний стакан налить из мерного цилиндра 200 мл 0,4 н раствора серной кислоты и поместить стакан и мешалку в калориметр (2).
3. Измерить температуру раствора термометром 4 с точностью до 0,10 (термометр не должен касаться стенок сосуда!).
4. Наполнить бюретку (5) 2 н раствором щелочи и налить из нее через воронку в стакан точно 40 мл этой щелочи (температуру щелочи принять равной температуре кислоты). Непрерывно и энергично, но осторожно, помешивать раствор с помощью мешалки и внимательно следить за повышением температуры.
5. Отметить максимальную температуру Т1 раствора после нейтрализации.
6. Определить разность температур ∆Т = Т1 - Т0. Опытные данные занести в таблицу.
Масса внутреннего стакана калориметра, г |
Масса мешалки, г |
Температура, 0С |
||
Начальная Т0 |
Конечная Т1 |
Разность ∆Т = Т1 - Т0 |
||
7. Рассчитать тепловой
эффект реакции нейтрализации для одного
г/экв кислоты (∆Ннейтр)
по формуле ∆Ннейтр=
(здесь
Q
– количество теплоты, выделившейся в
калориметре; n
– количество г/экв кислоты в 200 мл 0,4 н
раствора). Значение Q
вычислить по формуле:
Q = ccmmcm + cmmm + ckmk + cщmщ) ∙ ∆Т,
где mcm, mm, mk, mщ соответственно массы стакана, мешалки, кислоты и щелочи; сcm – удельная теплоемкость стакана (стекла), равная 0,69 Дж/кг∙К (0,18 ккал/кг∙град); cm – удельная теплоемкость мешалки (стали), равная 0,42 кДж/кг∙К (0,11 ккал/кг∙град); ck, cщ – удельные теплоемкости кислоты и щелочи (принять равными этим величинам для воды, т.е. 4,2 кДж/кг∙К
(1 ккал/кг ∙град).
8. Определить относительную ошибку опыта.
Опыт № 2. Нейтрализация серной кислоты в две стадии.
1. Вытереть досуха фильтровальной бумагой внутренний стакан калориметра и мешалку.
2. В стакан налить точно 200 мл 0,4 н раствора серной кислоты из мерного цилиндра.
3. Измерить температуру раствора кислоты Т0.
4. Наполнить бюретку 2 н раствором щелочи и налить из нее в стакан 20 мл раствора щелочи, непрерывно перемешивая раствор в стакане.
5. Записать максимальную температуру после прохождения реакции Т1.
6. Сразу же добавить еще 20 мл щелочи из бюретки и заметить вторую максимальную температуру Т2.
7. Вычислить разность температур для каждой стадии (Т1-Т0) и (Т2-Т1) и суммарную разность. Сравнить ее с величиной, полученной в опыте 1.
8. Написать уравнение реакции по стадиям и суммарное уравнение.
9. Сделать выводы.