Теплота растворения солей и её определение

Количество тепла, которое выделяется или поглощается при растворении 1 моля вещества в таком количестве растворителя, дальнейшее прибавление которого уже не вызывает изменения теплового эффекта, называется теплотой растворения.

При растворении солей в воде знак и величина теплового эффекта растворения ∆Н определяется двумя величинами: энергией, затрачиваемой на разрушение кристаллической решетки вещества (∆H₁) - эндотермический процесс, и энергией, выделяемой при физико-химическом взаимодействии частиц растворяемого вещества с молекулами воды (процесс гидратации) (∆Н₂) - экзотермический процесс. Тепловой эффект процесса растворения определяется алгебраической суммой тепловых эффектов этих двух процессов:

∆Н = ∆H₁ + ∆H₂.

Тепловой эффект процесса растворения может быть как положительным, так и отрицательным.

Для практического определения теплот растворения обычно определяют количество тепла, поглощаемого или выделяемого при растворении произвольного количества соли. Затем эту величину пересчитывают на 1 моль, так как количество тепла прямо пропорционально количеству растворенного вещества.

Для термохимических измерений используют прибор, называемый калориметром.

Определение теплоты растворения ведут по изменению температуры раствора, поэтому точность определения зависит от цены деления (точности) используемого термометра. Обычно диапазон измеряемых температур лежит в интервале 2-3°С, а цена деления термометра не более чем 0,05°С.

ХОД РАБОТЫ

Для выполнения работы используйте калориметр, состоящий из теплоизоляционного корпуса, крышки со встроенными электрической мешалкой и термометром, а также отверстием с пробкой.

Получите у преподавателя задание: тип растворяемого вещества.

Откройте пробку на крышке калориметра и залейте в него 200 мл воды, закройте пробку и выдержите 10-15 минут для установления постоянной температуры (t_нач). За это время на весах, используя кальку или часовое стекло, получите навеску вашего вещества (1,5 - 2,0 г) предварительно тщательно растертого в ступке. Полученную навеску, по возможности быстро, через отверстие в крышке поместите в калориметр при включенной мешалке. Следите за изменением температуры. После установления теплового равновесия (температура стабилизируется) запишите максимальную температуру раствора (t_maх)и рассчитайте ∆t = t_max – t_нач. По полученным данным рассчитайте теплоту растворения соли, используя уравнение:

∆Н_раств = qM/m, Дж/моль, (1)

где q - теплота, выделившаяся (или поглотившаяся) в калориметре (кДж); m - навеска соли (г); М - молярная масса растворяемого вещества (г/моль);

Теплота q определяется на основании экспериментальных данных из соотношения:

q = (m_стC_ст+ m_р-раC_р-ра)∆t,(2)

где m_ст - масса стакана (г); m_р-ра - масса раствора, равная сумме масс воды и соли в стакане (г); С_ст- удельная теплоемкость стекла 0,753 Дж/г∙К;

С_р-ра - удельная теплоемкость раствора (воды) 4,184 Дж/г∙К.

Сравнив полученный результат с данными табл.2 , рассчитайте относительную ошибку опыта ( в %).

Теплота гидратации соли и её определение

Физико-химический процесс взаимодействия частиц растворенного вещества с молекулами воды (растворителя) называется гидратацией. В процессе гидратации образуются сложные пространственные структуры, называемые гидратами, и при этом в окружающую среду выделяется энергия в виде тепла.

Тепловой эффект реакции образования 1 моль гидратированной соли из безводной соли называется теплотой гидратации.

При растворении в воде безводной соли, способной образовывать гидраты, последовательно протекают два процесса: гидратация и растворение образовавшегося кристаллогидрата. Например:

CuSO_4(тв) + 5Н₂О_(ж) = CuSO₄×5H₂О_(тв),

CuSO₄×5H₂О_(тв) + nH₂O_(ж) = CuSO_4(р),

CuSO_4(р) + nH₂O_(ж) = Cu²⁺_(р) + SO₄^2-_(р)

Растворение электролитов сопровождается процессом электролитической диссоциации. Теплота гидратации молекулы равна сумме теплот гидратации образовавшихся при этом ионов с учетом теплоты диссоциации. Процесс гидратации-экзотермический.

Приближенно теплота гидратации вещества может быть определена как разность между теплотами растворения безводной соли и ее кристаллогидрата:

∆H_гидр = ∆H_безв - ∆H_крист, (3)

где ∆H_гидр - теплота гидратации молекул;

∆H_безв - теплота растворения безводной соли;

∆H_крист - теплота растворения кристаллогидрата.

Таким образом, для определения теплоты гидратации молекул необходимо предварительно определить теплоту растворения безводной соли и теплоту растворения кристаллогидрата этой соли.

ХОД РАБОТЫ

Теплоту растворения безводного сульфата меди CuS0₄ и кристаллогидрата CuS0₄×5H₂0 необходимо определить, используя лабораторный калориметр и методику проведения работы 1.

Для более точного определения теплоты гидратации необходимо получить навески по 10-15 г кристаллогидрата и безводной соли сульфата меди. Необходимо знать, что безводная соль меди легко поглощает воду из воздуха и переходит в гидратированное состояние, поэтому безводную соль необходимо взвешивать непосредственно перед опытом. По полученным данным необходимо рассчитать теплоты растворения безводной соли и кристаллогидрата, а затем из соотношения (3) определить теплоту гидратации. Рассчитайте относительную ошибку опыта в процентах, используя полученные данные и данные табл.2.