Что значит теплоемкостью калориметра пренебречь

В теплоизолированном калориметре находится горячая вода

В теплоизолированном калориметре находится горячая вода при температуре 85°С. Девятиклассник Артур решил провести эксперимент и положил в воду раскаленный на огне стальной брусок с массой, равной половине массы воды. Какова была начальная температура бруска, если после установления теплового равновесия температура воды стала равна 100ºС. а уровень воды остался таким же, каким был до погружения бруска? Плотность воды равна 1000 кг/м², плотность стали 7800 кг/м3. Удельная теплоемкость стали равна 500 Дж/(кг С). воды — 4200 Дж/(кг °С). Удельная теплота парообразования воды 2.3 МДж/кг. Теплоемкостью калориметра пренебречь. Считать, что бру сок погружен в воду полностью, а вода из калориметра не выливается
В теплоизолированном калориметре находится горячая вода при температуре 85°С. Девятиклассник Артур решил провести эксперимент и положил в воду раскаленный на огне стальной брусок с массой, равной половине массы воды. Какова была начальная температура бруска, если после установления теплового равновесия температура воды стала равна 100ºС. а уровень воды остался таким же, каким был до погружения бруска? Плотность воды равна 1000 кг/м², плотность стали 7800 кг/м3. Удельная теплоемкость стали равна 500 Дж/(кг С). воды — 4200 Дж/(кг °С). Удельная теплота парообразования воды 2.3 МДж/кг. Теплоемкостью калориметра пренебречь. Считать, что бру сок погружен в воду полностью, а вода из калориметра не выливается

Так как уровень воды не изменился, а температура стала равна 100 градусов, значит происходило два процесса нагревание воды и охлаждение броуска.
Тогда будет уравнение Qнагрев=Qохлаждения
Qнагрев=C×m(воды)×(tконечн-tначал.воды)
Qохлажд=C×m(бруска)×(tначал.бруска-tконечн)
Приравняем оба уравнения и подставим все известные значения
4200×m(воды)×(100-85)=500×m(воды)/2×(tначал.бруска-100)
Массу воды слева и справа можно сократить, из оставшегося выражения выразить начальную температуру броска
tначал.бруска=352

нет, там еще будет парообразование. Обратите внимание на то, как меняется уровень воды

Источник

Ре­ше­ние. По­сколь­ку теп­ло­ем­ко­стью ка­ло­ри­мет­ра можно пре­не­бречь, все тепло, вы­де­ля­ю­ще­е­ся при осты­ва­нии тела идет на на­грев воды

Ре­ше­ние.

По­сколь­ку теп­ло­ем­ко­стью ка­ло­ри­мет­ра можно пре­не­бречь, все тепло, вы­де­ля­ю­ще­е­ся при осты­ва­нии тела идет на на­грев воды. Со­ста­вим урав­не­ние теп­ло­во­го ба­лан­са: . От­сю­да на­хо­дим массу тела:

кг.

21. За­да­ние 25 № 3451. Для опре­де­ле­ния удель­ной теп­ло­ем­ко­сти ве­ще­ства тело мас­сой 450 г, на­гре­тое до тем­пе­ра­ту­ры 100 °С, опу­сти­ли в ка­ло­ри­метр, со­дер­жа­щий 200 г воды. На­чаль­ная тем­пе­ра­ту­ра ка­ло­ри­мет­ра с водой 23 °С. После уста­нов­ле­ния теп­ло­во­го рав­но­ве­сия тем­пе­ра­ту­ра тела и воды стала равна 30 °С. Опре­де­ли­те удель­ную теп­ло­ем­кость ве­ще­ства ис­сле­ду­е­мо­го тела. Теп­ло­ем­ко­стью ка­ло­ри­мет­ра пре­не­бречь. Ответ при­ве­ди­те в Дж/(кг · К).

По­сколь­ку теп­ло­ем­ко­стью ка­ло­ри­мет­ра можно пре­не­бречь, все тепло, вы­де­ля­ю­ще­е­ся при осты­ва­нии тела идет на на­грев воды. Со­ста­вим урав­не­ние теп­ло­во­го ба­лан­са: где — ис­ко­мая теп­ло­ем­кость. Из этого урав­не­ния для не­из­вест­ной теп­ло­ем­ко­сти имеем:

.

Ответ: 187 Дж/(кг · К).

22. За­да­ние 25 № 3572. На гра­фи­ке при­ве­де­на за­ви­си­мость КПД иде­аль­ной теп­ло­вой ма­ши­ны от тем­пе­ра­ту­ры ее хо­ло­диль­ни­ка. Чему равна тем­пе­ра­ту­ра на­гре­ва­те­ля этой теп­ло­вой ма­ши­ны? Ответ при­ве­ди­те в Кель­ви­нах.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Что значит теплоемкостью калориметра пренебречь

Для определения удельной теплоемкости вещества тело массой 450 г, нагретое до температуры 100 °С, опустили в калориметр, содержащий 200 г воды. Начальная температура калориметра с водой 23 °С. После установления теплового равновесия температура тела и воды стала равна 30 °С. Определите удельную теплоемкость вещества исследуемого тела. Теплоемкостью калориметра пренебречь. Ответ приведите в джоулях на килограмм на градус Кельвина и округлите до целого.

Поскольку теплоемкостью калориметра можно пренебречь, все тепло, выделяющееся при остывании тела идет на нагрев воды. Составим уравнение теплового баланса: где — искомая теплоемкость. Из этого уравнения для неизвестной теплоемкости имеем:

Приведено полное решение, включающее следующие элементы:

I) записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом;

II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения физических величин (за исключением обозначений констант, указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов);

III) представлены необходимые математические преобразования и расчёты, приводящие к правильному числовому ответу (допускается решение «по частям» с промежуточными вычислениями);

IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения искомой величины

Правильно записаны все необходимые положения теории, физические законы, закономерности, и проведены преобразования, направленные на решение задачи, но имеется один или несколько из следующих недостатков.

Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном объёме или отсутствуют.

В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения и не зачёркнуты.

В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) в математических преобразованиях/вычислениях пропущены логически важные шаги.

Источник

Вычисление теплоемкости калориметра

Приблизительное значение теплоемкости калориметра может быть вычислено по формуле (2). Для этого внутренний стакан калориметра взвешивается на технохимических весах, рассчитанных на максимальную нагрузку до 500 г, а удельная теплоемкость стекла, из которого изготовлен стакан, принимается равной 0,78 Дж/(г·К).

Опыт 2. Определение теплоты реакции гашения извести

Реакцией гашения извести называется взаимодействие оксида кальция с водой, которое сопровождается выделением тепла и описывается уравнением

1. Во внутренний стакан калориметра налить 100 мл воды, выдержанной в комнате, температуру воды записать (Т).

2. На технохимических или электронных весах взять навеску оксида кальция от 5 до 10 г.

3. Всыпать оксид кальция в калориметр. Постоянно перемешивая, через каждую минуту замерять температуру и записывать её в таблицу, такую же, как в опыте 1.

В ходе опыта наблюдается три периода: 1) температура повышается, так как идет экзотермическая реакция; 2) температура на некоторое время стабилизируется; 3) температура понижается из-за рассеивания тепла. Для вычисления брать температуру второго периода.

1. Вычислить количество тепла, выделившегося в калориметре по формуле

где К – теплоемкость калориметра, определенная в опыте 1 (или вычисленная); θ – температура второго периода.

2. Исходя из молярной массы и навески оксида кальция, пересчитать полученный результат на тепловой эффект реакции, обозначив его ΔН 0 _оп («дельта аш нулевое опытное») и выразив его в кДж/моль.

3. Исходя из энтальпии образования оксида кальция (-635,5 кДж/моль), воды (-285,3 кДж/моль) и гидроксида кальция (-986,6 кДж/моль), вычислить теоретическое значение теплового эффекта реакции ΔН 0 _теор.

4. Вычислить погрешность опыта (в %) по формуле

В выводе указать на возможные причины погрешности.

Опыт 3. Определение теплоты реакции нейтрализации

Реакцией нейтрализации называется взаимодействие сильных кислот со щелочами, которое описывается одним и тем же ионным уравнением образования воды. Например:

HCl + NaOH = NaCl + H₂O H + + OH — = H₂O

По этой причине теплота нейтрализации не зависит от состава кислот и щелочей и всегда равна одной и той же величине –57,2 кДж/моль.

1. Получить у лаборанта однонормальные растворы кислоты и щелочи, выдержанные при комнатной температуре; температуру (Т) записать.

2. Отмерить мерным цилиндром 50 мл кислоты и налить ее в калориметр.

3. Отмерить с помощью другого мерного цилиндра 50 мл раствора щелочи, влить его через воронку в кислоту и перемешать. Наблюдать изменение температуры и записывать её значения в таблицу, такую же, как в опытах 1 и 2. В ходе опыта наблюдается три периода: 1) температура повышается, так как идет экзотермическая реакция нейтрализации; 2) температура стабилизируется и некоторое время остается постоянной; 3) температура понижается из-за рассеивания тепла. Для вычисления брать температуру второго периода, обозначив её θ.

1. Вычислить количество тепла, выделившегося в калориметре, по формуле

где К – теплоемкость калориметра, определенная в опыте 1 (или вычисленная).

2. Вычислить количество (моль) кислоты и щелочи, взятых для опыта, и количество образующейся воды.

3. Вычислить энтальпию нейтрализации в кДж/моль.

4. Определить погрешность опыта. В выводе указать на возможные причины погрешности.

Опыт 4. Определение теплоты реакции алюминия с соляной кислотой

1. Взять навеску порошка или стружек алюминия массой около 0,5 г.

2. Во внутренний стакан калориметра налить 100 мл одномолярного раствора соляной кислоты и всыпать в него навеску алюминия при постоянном перемешивании раствора.

3. Наблюдать протекание реакции, записывая в таблицу, такую же, как в опытах 1–3, значение температуры раствора.

4. По значению максимальной (равновесной) температуры вычислить количество выделившегося тепла и рассчитать опытное значение теплового эффекта реакции ΔН О _оп.

5. По уравнению реакции

вычислить теоретическое значение теплового эффекта этой реакции по энтальпиям образования НСl(р) (–167,5 кДж/моль) и АlCl₃(р) (–672,3 кДж/моль).

6. Определить погрешность опыта и в отчете указать на возможные причины погрешности.

Дополнительные задания к лабораторной работе

1. Как называются реакции, идущие с выделением тепла, с поглощением? Какой знак имеют значения их энтальпий?

2. Почему энтальпия взаимодействия гидроксида натрия с различными сильными кислотами имеет одинаковое значение?

3. Вывести формулу для расчета постоянной калориметра, зная удельную теплоемкость стеклянного стакана и раствора. Почему в расчет не входит масса внешнего стакана?

4. Почему процесс нейтрализации всегда происходит с выделением тепла, а растворение твердых солей не всегда?

5. Сравнив графики изменения температуры раствора в двух калориметрах, выберите калориметр с лучшими характеристиками и обоснуйте свой выбор.

6. Экспериментально установлено, что при взаимодействии 2,3 г натрия с водой выделяется 14,0 кДж теплоты. Вычислите энтальпию реакции.

Лабораторная работа 6.

Тема: СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Химические реакции очень сильно отличаются по скорости протекания. Например, взаимодействие водорода с хлором на свету происходит мгновенно (взрыв), а коррозия металлов длится годами. Скорость и механизм химических реакций изучает химическая кинетика.

В химической кинетике реакции подразделяются на простые и сложные. Простые реакции протекают без образования промежуточных соединений (в одну стадию), а сложные – с образованием промежуточных продуктов (в несколько стадий). Каждая стадия сложной реакции может рассматриваться как простая реакция. Среди последовательных стадий сложной реакции всегда имеется одна стадия, которая ограничивает скорость протекания всей реакции в целом. Она называется лимитирующей стадией сложной химической реакции.

Скорость реакции зависит от концентрации взаимодействующих веществ, эта зависимость устанавливается законом действующих масс для скорости реакций. Согласно этому закону, для реакции, протекающей по уравнению

скорость реакции определятся выражением

в котором k – константа скорости реакции; C_A и C_B – молярные концентрации реагентов; показатели степени n₁ и n₂ называются частными кинетическими порядками реакции по веществам А и В, соответственно.

Сумма частных порядков реакции n₁ + n₂ = p представляет собой общий кинетический порядок реакции. Существуют реакции нулевого (p = 0), первого (р = 1), второго (р = 2) и третьего порядка (р = 3).

Для простых реакций частные порядки совпадают с коэффициентами перед реагентами в химическом уравнении реакции, а общий порядок равен сумме коэффициентов в левой части уравнения реакции.

Для сложной реакции общий кинетический порядок не совпадает с коэффициентами перед реагентами, но совпадает с порядком её лимитирующей стадии. Иногда порядок сложной реакции выражается не целым, а дробным числом.

Примечание. Для некоторых сложных реакций кинетический порядок сов-падает с коэффициентами перед реагентами; такие реакции в химической ки-нетике называются формально простыми.

Кинетический порядок реакции определяют экспериментально обычно графическим методом. В реакциях нулевого порядка скорость реакции остается постоянной. График экспериментальных данных для такой реакции в координатах V(скорость) – С(концентрация) представляет прямую линию, параллельную оси абсцисс (рис. 8а). В реакциях первого порядка скорость реакции увеличивается пропорционально концентрации (рис. 8б). В реакциях, порядок которых больше единицы, между V и С наблюдается экспоненциальная зависимость (рис. 8в).

Критерии оценивания выполнения задания	Баллы
2

Рис. 8. Зависимость скорости (V) от концентрации (С) в реакциях нулевого (а), первого (б) и второго (в) порядка.

Для того чтобы участвовать в реакции, молекулам необходима избыточная энергия по сравнению со средней энергией молекул при данной температуре. Эта избыточная энергия называется энергией активации реакции; она обозначается Е_а и измеряется в кДж/моль. Константа скорости реакции и энергия активации связаны уравнением Аррениуса:

Энергия активации Е_а и множитель k_o (его называют предэкспоненциальным множителем) являются постоянными величинами, характеризующими данную реакцию; в отличие от константы скорости k, они не зависят от температуры.

Энергию активации можно найти, если измерить константу скорости реакции при двух температурах Т₁ и Т₂. При вычислении энергии активации потребуются не абсолютные значения константы скорости, а их отношение (k₂ :k₁). Это то же самое, что отношение скоростей реакции при двух температурах (V₂ :V₁) или отношение времени протекания реакции при Т₁ к её времени при Т₂ (τ₁ :τ₂), так как все эти отношения равны между собой:

Формулу для вычисления энергии активации можно получить, если записать уравнение Аррениуса два раза – для температур Т₁ и Т₂:

разделить второе уравнение на первое, прологарифмировать полученное уравнение. После преобразований получается формула:

Экспериментальная часть

Целью работы является экспериментальное определение кинетических параметров химической реакции: порядка реакции и энергии активации.

Исследуется реакция между тиосульфатом натрия и серной кислотой, которая описывается уравнением:

Один из продуктов реакции (сера) по ходу реакции образуется в виде очень мелких, невидимых вначале, коллоидных частиц, взвешенных в воде. Когда количество серы возрастает, её частицы начинают соединяться между собой (коагулировать) и становятся заметными благодаря тому, что рассеивают свет.

Рассеяние света коллоидными частицами серы наблюдается в виде голубоватого окрашивания раствора, напоминающего слабое свечение. Это явление называется опалесценцией. При проведении эксперимента необходимо измерять промежуток времени между двумя моментами: моментом начала реакции и моментом, когда становится видимой опалесценция.

Этот промежуток принимается за время протекания реакции (τ). Величина, обратная τ, пропорциональна скорости реакции (V); единица её измерения – с -1 . Далее для краткости эту величину будем называть скоростью реакции.

При выполнении работы проводятся три опыта.

Первый опыт выполняется при различных концентрациях тиосульфата натрия, в то время как концентрация серной кислоты берется одинаковой для всех измерений в этой серии. В этом опыте выявляется зависимость скорости реакции от концентрации тиосульфата натрия.

Во втором опыте переменной величиной является концентрация серной кислоты, в то время как концентрация тиосульфата натрия под-держивается постоянной. В этом опыте определяется скорость реакции в зависимости от концентрации серной кислоты.

Объединив измеренные зависимости скорости реакции от концен-траций тиосульфата натрия и серной кислоты, получают уравнение, свя-зывающее скорость реакции с обеими переменными концентрациями реагентов. Это и будет уравнение закона действующих масс или кине-тическое уравнение реакции:

Неизвестными величинами, которые нужно определить, являются показатели степени n₁ и n₂, т.е. кинетический порядок реакции по тиосульфату натрия и серной кислоте. Их установление является целью двух первых опытов.

Опыт 1. Определение частного кинетического порядка по тиосульфату натрия

1. В пяти отдельных пробирках приготовить пять растворов тиосульфата натрия с различными концентрациями. В первую пробирку налить из капельницы 2 капли раствора Na₂S₂O₃, во вторую – четыре, в третью – шесть, в четвёртую – восемь и в пятую – десять капель раствора. После этого объём раствора в каждой пробирке довести до 12 капель добавлением воды: в первую пробирку внести 10 капель воды, во вторую – 8, в третью – 6, в четвёртую – 4 и в пятую – 2. Если теперь принять концентрацию самого разбавленного раствора (первого) условно за единицу, то следующие будут иметь концентрацию два, три, четыре и пять.

2. В приготовленных пробирках с растворами Na₂S₂O₃ провести реакции с серной кислотой. Для этого в каждую из них добавить одну каплю серной кислоты. Каждый раз по секундомеру определить время реакции – достижение одинаковой интенсивности опалесценции.

3. Вычислить значения скорости реакции и заполнить таблицу:

Номер опыта

Число капель тиосульфата натрия

Число капель воды

Концентрация тиосульфата натрия, С

Время реакции, τ

Скорость реакции, V = 1 /τ

4. Построить график зависимости скорости реакции от концентра-ции раствора тиосульфата натрия Na₂S₂O₃ по виду которого установить частный кинетический порядок реакции по тиосульфату натрия.

Опыт 2. Определение частного кинетического порядка по серной кислоте

1. Приготовить три пробирки с растворами H₂SO₄ разной концентрации. Для этого в первую пробирку налить одну каплю раствора серной кислоты, во вторую 2 капли, а в третью 3 капли; после этого в каждую пробирку добавить дистиллированную воду так, чтобы объемы растворов во всех трех пробирках были одинаковыми – по 8 капель.

2. Раствор тиосульфата натрия в этом опыте берется одинаковым – четыре капли. Чтобы результат опыта был более точным, рекомендуется четыре капли раствора Na₂S₂O₃ поместить в отдельную пробирку, а затем в неё вливать раствор серной кислоты из одной (из трёх заранее приготовленных) пробирки. Время реакции измеряется таким же образом, как и в первой серии; затем также заполняется таблица:

Номер опыта

Число капель серной кислоты

Число капель воды

Концентрация серной кислоты, С

Время реакции, τ

Скорость реакции, V = 1 /τ

3. По полученным опытным результатам построить график зависимости скорости реакции от концентрации серной кислоты. Вид полученного графика позволяет определить частный кинетический порядок реакции по серной кислоте. Зная оба частных порядка, найти (их сложением) общий кинетический порядок исследуемой реакции. По результатам опытов 1 и 2 в выводе записать кинетическое уравнение реакции тиосульфата натрия с серной кислотой.

Опыт 3. Определение энергии активации

В третьем опыте определяется энергия активации реакции между тиосульфатом натрия и серной кислотой. Для этого время её протекания измеряется при трёх разных температурах, но при одинаковых концен-трациях реагентов.

1. В трёх пробирках приготовить одинаковые объемы раствора Na₂S₂O₃ одной и той же концентрации. Рекомендуется в каждой пробирке к двум каплям раствора тиосульфата натрия, взятого из штатива с реактивами, добавить десять капель дистиллированной воды.

2. В первой пробирке реакция проводится при комнатной температуре. Для этого пробирку перед началом реакции поместить на 3–5 мин в термостат, имеющий комнатную температуру, так, чтобы раствор в пробирке принял температуру термостата. В качестве термостата используется химический стакан с водой; температура воды в термостате контролируется термометром. После того как температура установилась, в пробирку добавляется одна капля серной кислоты и измеряется время реакции.

3. Температура термостата повышается (прибавлением горячей воды) на десять градусов. Вторая пробирка с Na₂S₂O₃ термостатируется в течение 5 мин при новой температуре и в ней точно так же проводится реакция с одной каплей серной кислоты. Таким же образом с интервалом в десять градусов проводится измерение времени протекания реакции в третьей пробирке. Данные заносятся в таблицу:

Номер пробирки

Температура, °С

Температура, К

Время реакции τ, с

Скорость реакции, V = 1 /τ

4. Для каждой пары из двух температур вычислить величину энергии активации. После этого, исходя из трёх полученных значений энергии активации, вычислить её среднее значение.

5. Определить ошибку опыта, сравнив найденное значение энергии активации с известным по литературе (35 кДж/моль).

6. Описать опыт и сделать вывод.

Дополнительные задания к лабораторной работе

1. По какому признаку реакции подразделяются на простые и слож-ные, гомогенные и гетерогенные?

2. Какие реакции называются сложными? Какая стадия сложной ре-акции является лимитирующей?

3. Перечислите факторы, от которых зависит скорость реакции.

4. Как формулируется и как записывается в математическом виде правило Вант-Гоффа?

5. Какая энергия называется энергией активации? Как она влияет на скорость химической реакции? Зависит ли она от температуры?

6. Каков физический смысл предэкспоненциального множителя в уравнении Аррениуса? От чего он зависит и не зависит?

7. Кинетическое уравнение реакции имеет вид V = k·C_А·C_В 0 . Как изменится скорость при увеличении концентраций А и В в 2 раза? Как при этом изменится константа скорости?

Лабораторная работа 7.

Тема: ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ

Многие химические реакции при одной и той же температуре в зависимости от соотношения реагентов могут самопроизвольно протекать как в прямом, так и в обратном направлении. Такие реакции называются обратимыми. В обратимых реакциях существует общий предел и прямой и обратной реакции, который называется состоянием химического равновесия. В химической термодинамике состояние равновесия определяется как такое состояние, при котором реагирующая система характеризуется нулевым значением энергии Гиббса: ΔG_T = 0. Но переход системы в состояние химического равновесия не означает прекращения реакции, а свидетельствует лишь о том, что перестают изменяться концентрации реагирующих веществ и продуктов.

В химической кинетике состоянием химического равновесия называется такое состояние, при котором скорость прямой реакции становится равной скорости обратной. В состоянии равновесия сколько молекул (или других частиц) продукта реакции в единицу времени образуется, столько их и разлагается, т.е. химическое равновесие является динамическим, или подвижным. Таким образом, в состоянии химического равновесия концентрации всех веществ (реагентов и продуктов) являются постоянными и не изменяются до тех пор, пока не изменятся внешние условия проведения реакции.

Концентрации реагентов (исходных веществ) и продуктов в состоянии химического равновесия называются равновесными.

Признаки химического равновесия следующие: 1) состояние системы не зависит от того, с какой стороны она подходит к равновесию – со стороны исходных веществ или со стороны продуктов реакции; 2) состояние системы остается неизменным при отсутствии внешних воздействий; 3) оно изменяется при изменении внешних условий, сколь бы малы они ни были.

Частное от деления произведения равновесных концентраций в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам, продуктов реакции на произведение равновесных концентраций исходных веществ в соответствующих степенях является величиной постоянной при данной температуре и давлении (закон действующих масс для химическоого равновесия). Эта величина называется константой равновесия и обозначается символом К.

Для уравнения реакции в общем виде:

константа равновесия записывается так:

где [A], [B], [C], [D] – равновесные концентрации веществ А, В, С, D; а, в, с, d – показатели степени, в которые возводятся концентрации веществ и которые численно равны коэффициентам перед формулами веществ в уравнении реакции.

Данное математическое уравнение является выражением закона действующих масс для химического равновесия.

Например, константа равновесия для обратимой реакции синтеза аммиака записывается так:

а константа равновесия для обратимой реакции конверсии водяного пара имеет такое выражение:

Константа равновесия определяет полноту протекания реакции к моменту достижения равновесного состояния: чем больше значение константы равновесия, тем в большей степени в равновесной реакционной смеси преобладают продукты реакции, тем больше их выход.

При изменении условий, в которых находится система (температуры, давления, концентрации), химическое равновесие нарушается. Через некоторое время в системе устанавливается новое химическое равновесие, соответствующее новым условиям. Переход из одного равновесного состояния в другое называется сдвигом или смещением равновесия.

Направление смещения равновесия в результате изменения внешних условий определяется принципом Ле Шателье: если находящаяся в равновесии система подвергается внешнему воздействию, равновесие смещается в том направлении, которое способствует ослаблению этого воздействия.

Рассмотрим, как влияет на направление смещения равновесия повышение или понижение давления, температуры и концентрации веществ, участвующих в реакции.

Давление. Давление влияет на равновесие обратимых реакций с участием газообразных веществ. При повышении давления равновесие смещается в направлении образования веществ с меньшим объемом; при понижении давления равновесие смещается в направлении образования веществ с большим объемом. Например, в реакции синтеза аммиака

объем продукта в два раза меньше объема реагентов. Поэтому равновесие этого обратимого процесса при увеличении давления смещается в сторону образования NH₃, а при уменьшении давления – в сторону его разложения.

Температура. При повышении температуры химическое равновесие смещается в направлении эндотермической реакции, а при понижении температуры – в направлении экзотермической реакции. Например, та же реакция синтеза аммиака является экзотермической. Поэтому при повышении температуры её равновесие смещается в левую сторону (аммиак разлагается), а при понижении – направо (аммиак образуется).

Концентрация. При повышении концентрации одного из исходных веществ равновесие смещается в направлении образования продуктов реакции; при повышении концентрации одного из продуктов реакции равновесие смещается в направлении образования реагентов.

В качестве примера рассмотрим контактный метод получения сер-ной кислоты:

в котором желательно возможно более полное превращение оксида серы (IV) в оксид серы SO₃ (VI) в первой (обратимой) реакции. Для увеличения выхода SO₃ можно увеличить концентрацию SO₂ в исходной реакционной смеси. Однако это нерентабельно и экологически вредно, так как избыток SO₂ будет выбрасываться в атмосферу. Поэтому реакцию проводят при избытке воздуха, обогащенного кислородом. В результате достигается смещение равновесия вправо, то есть более полное превращение SO₂ в SO₃.

В ионообменных реакциях между растворенными веществами равновесие смещается в сторону образования осадков, газов или слабых электролитов. Если такие вещества находятся в обеих частях уравнения реакции, то вопрос о смещении равновесия решается расчетом константы равновесия.

Экспериментальная часть

Целью работы является экспериментальное изучение направления смещения химического равновесия в гомогенных и гетерогенных обратимых реакциях в зависимости от внешних воздействий.

Опыт 1. Влияние концентрации взаимодействующих веществ на смещение равновесия

В четыре пробирки внести по 5–7 капель раствора хлорида трёхвалентного железа и роданида аммония NH₄SCN. Одну пробирку с раствором поставить в штатив и хранить как эталон для сравнения результатов опыта. В остальные три пробирки добавить следующие реактивы: в первую – пять–шесть капель хлорида железа (III); во вторую – столько же капель роданида аммония; в третью – один микрошпатель кристалликов хлорида аммония. Содержимое пробирок размешать стеклянной палочкой. Сравнить интенсивность окраски полученных растворов с интенсивностью окраски эталона.

В отчёте: а) написать уравнение обратимой ионообменной реакции FeCl₃ c NH₄SCN; б) записать свои наблюдения по изменению интенсивности окраски растворов в трёх пробирках по сравнению с интенсивностью окраски эталона; в) указать, в каком направлении смещается равновесие реакции в каждом из исследованных случаев и соответствует ли оно принципу Ле Шателье; г) написать выражение для константы равновесия этой обратимой реакции.

Опыт 2. Смещение равновесия в растворе аммиака

В две пробирки налить по одной трети дистиллированной воды, по 5 капель фенолфталеина и по 2–3 капли раствора аммиака. Отметить цвет растворов. Одну пробирку оставить для сравнения, а в другую добавить 3–4 микрошпателя хлорида аммония и размешать раствор. Как и почему изменилась интенсивность окраски? Написать схему равновесия в водном растворе аммиака и объяснить его смещение при добавлении кристаллического хлорида аммония.

Опыт 3. Влияние среды раствора на смещение равновесия перехода хромата в дихромат

Хром в шестивалентном состоянии образует два аниона: хромат-ион CrO и дихромат-ион Cr₂O₇ 2- . Их существование определяется наличием щелочной (рН > 7) или кислой (рН 3 ) раствора.

При переходе от массовой доли и моляльности к остальным способам выражения концентрации необходимо знать плотность раствора, которая определяется опытным путем с помощью ареометра.

Ареометр – это прибор для измерения плотности жидкостей. Он представляет собой запаянную стеклянную трубку с грузом на конце и со шкалой. Шкала градуирована в единицах плотности (кг/м 3 или г/л).

Когда ареометр погружен в жидкость, то уровень её поверхности совпадает с тем делением на шкале, которое указывает плотность этой жидкости. Зная плотность раствора, можно в справочной литературе найти массовую долю растворенного вещества. Например, для раствора гидроксида натрия имеются такие данные:

ρ, кг/л	1,00	1,05	1,10	1,15	1,20	1,25	1,30	1,40	1,50
ω, %	4,65	9,19	13,73	18.25	22,81	27,40	36,99	47,33

Наиболее точным и простым методом определения концентрации растворов является титрование. Это метод количественного химического анализа, основанный на измерении объема раствора с известной концентрацией, затраченного на реакцию с раствором вещества неизвестной концентрации, которую нужно измерить. В зависимости от типа реакции, протекающей при титровании, различают кислотно-основное титрование, окислительно-восстановительное и т.д.

Для определения концентрации щелочей применяется кислотно-основное титрование раствором кислоты. При этом протекает реакция нейтрализации

NaOH + HCl = NaCl + H₂O,

к которой можно применить закон эквивалентов:

Если концентрация раствора является эквивалентной концентрацией (C_эк), то масса вещества (m) в объеме раствора (V) равна

и выражение закона эквивалентов принимает вид:

V(NaOH)· C_эк(NaOH) = V(HCl)· C_эк(HCl).

Таким образом, для определения эквивалентной концентрации щелочи необходимо знать концентрацию кислоты и объемы растворов кислоты и щелочи, вступивших в реакцию.

Экспериментальная часть

Целью работы является: 1) определение с помощью ареометра плотности раствора гидроксида натрия и массовой доли растворенного вещества, 2) приготовление раствора гидроксида натрия заданной концентрации, 3) определение методом титрования концентрации приготовленного раствора.

Опыт 1. Определение плотности раствора ареометром

Получить у лаборанта раствор гидроксида натрия и налить его в стеклянны

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Источник