ҚҰлажанов қ. С., Таусарова б. Р

жүктеу/скачать 0,92 Mb.

бет	9/118
Дата	07.03.2023
өлшемі	0,92 Mb.
	#72359

1 ... 5 6 7 8 9 10 11 12 ... 118

Мысал 2.4. Сұйық және газ тәрізді судың стандартты түзілу энтальпиялары 298 К-де -285,8 және -241,8 кДж/моль тең. Осы температурадағы судың булану энтальпиясын есептеңіз.

Шешуі: Түзілу энтальпияларын келесі реакцияларға сәйкес: H_2(г) + ЅO_2(г) = H₂O_(с), H₁⁰ = -285,8
H_2(г) + ЅO_2(г) = H₂O_(г), H₂⁰ = -241,8

Екінші реакцияны екі стадияда жүргізуге болады: алдымен бірінші реакция бойынша сұйық су түзілгенше сутекті жағады, сосын суды буландырады:

^H2^O(с) ⁼^H2^O(г)^,^H⁰бул ^{= ?}

Онда Гесс заңына сәйкес:

H₁⁰+ H⁰_бул= H₂⁰,
бұдан H⁰_бул = - 241,8 - (- 285,8) = 44 кДж/моль.
\
Жауабы: 44 кДж/моль.

Мысал 2.5. Стандартты жағдайда химиялық реакцияның жылу эффектісін _rH⁰₂₉₈ есептеңіз:
N₂(г) + 3H₂(г) =2 NH ₃ (г)

Шешуі: Анықтамалық кестеден (қосымша №2) реакцияға қатысушы

реагенттердің түзілу жылуларын
0

Н
298
, кДж/моль жазып аламыз:

NН₃ (г) – 46,2 N₂ (г) – 0 Н₂ (г) – 0

2.12 – теңдеу бойынша химиялық реакцияның жылу эффектісін есептейміз:

Н
0
298
= 2 ^^Н⁰
(NH₃) – [ ^^Н⁰
(N₂) + 3 ^^Н⁰
(H₂)] =

298

298

298
2 (-46,2) = - 92,4 кДж/моль (реакция экзотермиялық).

Мысал 2.6 600К температурада газ тәріздес хлороформды алу реакциясының жылу эффектісін есептеңіз.
CH₄(г) + 3CI₂(г) = CHCI₃(г) + 3HCI(г)

Шешуі: Анықтамалық кестеден (2 қосымша) реакцияға қатысушы

заттардың түзілу жылуларын
0

Н
298
, кДж/моль және орташа жылу

сыйымдылықтарын Ср, Дж/(моль·К) жазып аламыз.

Н
0
298
, кДж/моль Ср , Дж/мольК

СН₄ (г) -74,9 17,5
С1₂ (г) 0 36,7
СНС1₃ (г) -100,4 21,4
НС1 (г) -92,3 26,5

2. 11, 2.22 - теңдеулерге сәйкес табамыз:

Н
0
298
=( 100,4 – 392,3 ) – ( - 74,9 ) = -306,4 кДж /моль.

ΔСр =( 81,4 + 326,5 ) – ( 17,5 + 336,4 ) = 33,32 Дж/моль

2.23 – теңдеуге сәйкес ∆Н_Т табамыз:

Н
0
600
 306,4  ^33,3^^⁶⁰⁰^²⁹⁸^ 296,2кДж / моль
1000

Жауабы: - 296 кДж /моль, реакция экзотермиялық..

Мысал 2.7 Егер түзілу энтальпиялары 298 К-де: _fH⁰(CH₄) = -17,9 ккал/моль, _fH⁰(CO₂) = - 94,1 ккал/моль, _fH⁰(H₂O_(г)) = -57,8 ккал/моль берілсе, 1000 К кезіндегі метанның жану энтальпиясын есептеңіз. 298 К-нен 1000 К-ге аралықта газдардың жылу сыйымдылығы ( кал/(моль^. К) тең:

C_p (CH₄) = 3,422 + 0,0178^.T C_p (O₂) = 6,095 + 0,0033^.T C_p (CO₂) = 6,396 + 0,0102^.T
C_p (H₂O_(г)) = 7,188 + 0,0024^.T

Шешуі: Метанның жану реакциясының энтальпиясы 298 К кезінде: ^CH4(г) ^{+ 2O}2(г) ^{= CO}2(г) ^{+ 2H}2^O(г)
_rH⁰₂₉₈ = -94,1 + 2 (-57,8) - (-17,9) = -191,8 ккал/моль.

Температура функциясы ретінде жылу сыйымдылықтар айырмасын табамыз:

C_p = C_p(CO₂) + 2 C_p(H₂O_(г)) - C_p(CH₄) - 2 C_p(O₂) =
5,16 – 0,0094T (кал/(моль^.К)).
1000 кезінде реакция энтальпиясын Кирхгоф теңдеуі бойынша есептейміз: ΔН⁰₁₀₀₀ = -191800 + 5,16 (1000-298) - 0.0094 (1000²-298²)/2 =
-192500 кал/моль = -192,5 ккал/моль
Жауабы: -192,5 ккал/моль.

Бақылау тапсырмалары

2.8 – 2.33 есептер. а) 298К реакцияның жылу эффектісін (ΔН⁰₂₉₈), б) Т температурадағы (ΔН⁰_m) реакцияның жылу эффектісін есептеу.

№	Реакциялар	Т, К
1	2H₂ + CO ↔ CH₃ OH (с)	800
2	4HCl + O₂ ↔ 2 H₂O (г) + 2 Cl ₂	750
3	NH₄Cl (қ) ↔ NH₃ + HCl	450
4	2 N₂ + 6 H₂O (с) ↔ 4NH₃ +3O₂	1300
5	4NO + 6H₂O (с) ↔ 4NH₃ + 5O₂	1000

6	2 NO₂ ↔ 2NO + O₂	700
7	N₂O₄ ↔ 2NO₂	400
8	Mg(OH)₂ ↔ MgO + H₂O (г)	500
9	Ca(OH)₂ ↔ CaO + H₂O	500
10	CaCO₃ ↔ CaO + CO₂	1000
11	S (р) + 2H₂O (с) ↔ SO₂ + 2 H₂	1000
12	2SO₂ +O₂ ↔ 2SO₃ (г)	700
13	S (р) + 2CO₂ ↔ SO₂ +2CO	900
14	SO₂ + CI₂ ↔ SO₂CI₂ (г)	400
15	CO + 3H₂ ↔ CH₄ + H₂O(с)	1000
16	2CO + SO₂ ↔ S (р) + 2CO₂	900
17	CO + Cl₂ ↔ COCl₂ (г)	400
18	CO₂ + H₂ ↔ CO + H₂O (г)	1200
19	CO₂ + 4H₂ ↔ CH₄ + 2H₂O (с)	1000
20	2CO₂ ↔ 2CO + O₂	700
21	CH₄ + CO₂ ↔ 2CO + 2H₂	900
22	C₂H₅OH (с) ↔ C₂H₄ + H₂O (с)	400
23	C₂H₆ ↔ C₂H₄ + H₂	400
24	C₆H₆(с) +3H₂ ↔ C₆H₁₂ (с)	600
25	CH₃CHO (г) + H₂ ↔ C₂H₅OH (с)	500

Зертханалық жұмыс №1. Тұздардың еру жылуын анықтау

Термохимиялық өлшеулер

Калориметр қондырғысы. Жылу эффектісін тәжірибе жүзінде анықтау үшін арнайы қондырғы калориметрді пайдаланылады.

Сурет 2.1. Калориметр қондырғысы.

1 – араластырғыш, 2 – қыздырғыш, 3 – термоизолацияланған қақпақ, 4 – зерттелінетін затты енгізетін құрал, 5 – резиналы муфта, 6 – электрлі мотор, 7
– бекітілген құралды ұстаушы, 8 –калориметрлік ыдыс, 9 – Бекман термометрі, 10 – калориметрлік камера.

Калориметр қондырғысы сумен толтырылған калориметрлік камерадан 10, аралыстырғыштан 1, термометрден 9, қыздырғыштан 2 және зерттелінетін затты ертіндіге енгізетін құралдан 4 тұрады. Жұмыс мақсатына байланысты әртүрлі калориметрлік сұйықтық: су, сілті және тұз ертінділері пайдаланылады. Жұмыс барысына сыртқы орта әсерін әлсірету үшін калориметрлік камераны ортасы сумен толтырылған қос қабатты ыдысқа 8 орналыстырады. Тәжірибе барысында температура өзгеруін Бекман термометрімен 9 анықтайды.

Калориметрлік тәжірбиені келесідей кезекпен жүргізеді: Бекман термометрін орнатады; электрлік әдіспен калориметр тұрақтысын анықтайды; процестің жылу эффектісін өлшейді.
Бекман термометр құралы және оны орнату. Бекман термометрі тәжірбие кезінде температураны аса үлкен дәлдікпен (1 – 3 градус) өлшеу үшін қолданылады. Калориметрлік камераны термоизолацияланған қақпақпен 3 жабады. Термометр жіңішке өлшеуіш капиллярымен байланысқан негізгі 1 және 3 қосымша сынап резервуарларынан тұрады. Термометр шкаласы 0,01 градус құндылықпен 5 градусқа бөлінген. Ұлғайтқыш көмегімен термометрде 0,002 градусқа дейінгі дәлдікпен жұмыс жасауға болады.
Термометрді орнату үшін оны тәжірибе температурасымен бірдей суға батырады. Термометрдің жоғарғы бөлігін төмен қарай аударады. Резервуардағы сынап капилляр бойымен үлкен резервуардан қосымшаға ағып, ондағы сынаппен қосылуы қажет.

Сурет 2.2 Метастатикалы Бекман термометрі.

1 – сынап үшін үлкен көлемді төменгі резервуар, 2 – капелляр және өлшеу шкаласы, 3 – қосымша жоғарғы резервуар, 4 – термометрді дөрекі дәлдеу үшін жоғарғы резервуар шкаласы.

Термометрді калориметрдегі сұйықтық температурасынан 5–6 градусқа жоғары сулы моншаға орнықтырады. 2 – 3 минуттан кейін термометрді сулы моншадан шығарып, оң қолға алады. Сол қолдың үлкен саусағымен термометрдің жоғарғы бөлігін тез ұрып қалады. Сынап бағанасы қосымша резервуармен 4 капилляр жалғанған жерден үзілуі қажет.

Осыдан кейін Бекман термометрін калориметрге орнатады. Егер капиллярдағы сынап термометрдің 0 – 2 градус шкала аралығында болса, Бекман термометр дұрыс орнатылған деп есептелінеді.

Калориметр тұрақтысын анықтау
Калориметрлік тәжірбиенің жылу балансын келесідей теңдеумен жазуға болады:
H  Kt (2.43)
мұндағы ΔН – калориметрде өтетін процестің жылу эффектісі; K – калориметр тұрақтысы.
Калориметр тұрақтысы K физикалық мәні бойынша калориметр жылу сыйымдылығы болып табылады және сандық жағынан калориметрдің барлық бөлігін бір градусқа қыздыруға қажетті жылу мөлшеріне тең. Калориметр тұрақтысын электрлік әдіспен анықтайды. Ол үшін калориметрді 2.1 суреттегі сызбанұсқаға сәйкес құрастырып, Бекман термометрін орнатады. Аралас- тырғыш пен секундометрді қосады. Әрбір минут сайын Бекман термометрі бойынша температураны ұлғайтқыш көмегімен 0,002-0,003 градус дәлдікпен өлшейді. Калориметрдің сыртқы ортамен жылу алмасу салдарынан калориметрлік сұйықтық температурасының жоғарлауы да, төмендеуі де байқалауы мүмкін.
Калориметрдегі температура шамамен минут сайын 0,01 градус болып тұрақтанғаннан кейін, 10 рет «алдын ала кезең» температурасын өлшейді. Кейін 1-2 минут (уақытты секундомермен дәл өлшейді) электромотор 12 қосады (сур.2.1). Амперметр көрсеткішін және ток өту уақытын жазады. Токты өшіріп, 10 минут бойы «қорытынды кезең» температурасын өлшейді. Температура өлшеу нәтижелерін кестеге енгізеді.

Тәжірибе уақыты, мин.	Алдын ала кезең			Негізгі кезең			Қорытынды кезең
Тәжірибе уақыты, мин.	0	…	10	11	…	14	15	…	25
Бекман термометрінің көрсетуі, ⁰С

Жүйеге ток жіберу нәтижесінде алған жылу мөлшерін келесі теңдеумен есептейді:

^^Hток
 I ² R
(2.44)

мұндағы
^^Hток
-ток жібергенде бөлінген жылу мөлшері, Дж; I – ток күші, А;

R – қыздырғыш кедергісі, Ом; τ – ток жіберу уақыты, с.
Температураны өлшеу негізіндегі нәтижелер бойынша миллиметрлі қағазға температура өзгерісінің уақыттан тәуелділік қисығын тұрғызады (сур.2.3). Тұрғызған графиктен калориметрлік тәжірибе кезіндегі температура өзгерісін t анықтайды. Ол үшін В және С нүктелерін ордината осьіне проекциялап, кесінді ортасын mn табады және kp қисығын жүргізеді. I нүктесі арқылы вертикаль жүргізеді. АВ және СD қисықты бөлігін вертикаль қисықтағы Е және F нүктелерімен қилысқанға дейін экстраполяциялайды. EF кесіндісі калориметрлік тәжірибенің температура өзгерісіне t сәйкес келеді.

t және
^^Hток
мәндері бойынша 2.43 – теңдеуге сәйкес калориметр

тұрақтысын K есептейді.

Сур. 2.3. Калориметрлік тәжірибе барысында температура өзгерісін анықтау.

жүктеу/скачать 0,92 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:

1 ... 5 6 7 8 9 10 11 12 ... 118