Тапсырма: Химиялық, реакцияның жылу тиімділігін есептеу.

Химиялық процестердегі байқ алатын жылу тиімділіктерінің басьш біріктіретін термохимияның бірнеше зацы бар. Олар энергия сақ талу заң ьшың дербес тү рлері больш саналады.

Термохимияның заң ын орыс ғ алымы Г.И.Гесс 1840 жылы ашқ ан. Тү рақ ты қ ысым мен кө лемде кө птеген химиялық реакциялардың жылу тиімділіктерін анық тау нә тижесінде Гесс ө з заң ын былай тұ жырымдады: химиялық реакция тікелей жү рседе немесе бірнеше сатыда ө тседе, бә рі бір оғ ан сай жылудың мө лшері тү рақ ты болады. Басқ аша айтқ анда химиялық реакцияның жылу тиімділігі оның жү ру жольша тә уелді емес, тек қ ана реагенттер мен енімдердщ кү йіне тә уелді. Гесс заң ының практикальж, маң ызы ө те зор. Оны пайдаланып кейбір реакциялардың жылу тиімділікгерін жанама жолмен анық тауғ а болады. Ол ү шін термохимиялық тең деулерді топтастырады. Термохимиялық тең деулерде реакцияғ а қ атысушы реагенттер мен ө шмдердің агреагттық кү йі, сің ірілетін немесе бө лініп шыгатьш жылу мө лшері кө рсетіліп жазылады. Мысал ретінде тө мендегі химиялық реакциялардың тең деуін қ арастырайық:

Бү л тендеуде реакцияғ а қ атысушы реагенттердің бірі Na қ атгы кү йінде, ал екіншісі СІ^ газ кү йінде. Реакция ө німі NaCl қ атгы кү йде. 25''С жө не 1, 0133 10^ Па бағ ьшасында 1 моль Na 0, 5 моль СІ^ ерекетгескенде 1 моль NaCl тү зіліп, 411, 3 кДж жылу бө лінеді екен.

Демек, жү йенің энтальпиясы кемиді. Оны былай ө рнектеп жазады: АН''=411, 3 қ Дж. АН-химиялық қ осылыстың жай заттардан тузілуі жылу тиімділігі болып саналады. Жай затгардан жә не қ ысымы 1, 0133 10', Па бағ анасы кезіндегі 1 моль зат тү зілгендегі реакция жылу тиімділігін стандарт жағ дайдағ ы тү зілу жылуы немесе стандартгы энтальпия деп атайды. Оны А деп белгілейді. Жоғ арғ ы индекс стандарт кү йді, ал тө менгі Кельвин шкаласы бойынша альшғ ан температураны (273+25" '^) кө рсетеді. Жай затгардың тү зілу жылулары нольге тең етіп альшады.

Тапсырманы орындау реті:

Гесс заң ының маң ызды екі салдары бар. Олар бойынша реакцияның жылу тиімділігін табу жолдары былай белгіленеді:

Химиялық, реакцияның жылу тиімділігі. (А х.р.) реакция
ө німдерінщ тү зілу жылуларьшың қ осьшдысьшан бастапқ ы реагенггер-
дің тү зілу жылуларьшың қ осьшдысьш альш тастағ аң цағ ы айырымғ а
тең:

Мысалы, алюминий оксидімен кү кірт (VI) оксидінің ә рекетгесіп алюминий сульфатын тү зу реакциясының жылу тиімділігін есептеп шығ арайың:

(1.33) тендеуді пайдаланьш А Я" ^, табамыз: Енді сандық мә ндерін қ ойсақ:

Демек жоғ арыдағ ы химияльш. реакцияның жылу тиімділігі.:

2. Химиялық реакцияның жылу тиімділігі (АЯ^р) реакцияғ а
қ атысушы реагентгсрдің жану жьшуларьшың қ осындысьшан реакция
ө німдерінің жану жылуларьшың қ осындысьш алып тастағ андағ ы
айрымғ а тең:

Мысалы, С₅Н₂+Н₂=2СН₄ реакциясьшың жылу тиімділігін тө мең цегі мә ліметгерге сү йеніп анық тайық. Этанның жану жылуы

, метанның жану жылуы , ал

. (1.34) тең деуді пайдаланып табамыз:

Сандьш, мә ндерін орьшдарьша қ ойсақ:

Демек, реакцияның жылу тиілщілігі Осылайша

реакцияғ а тү скен жә не нә тижесінде шық қ ан затгардың тү зілу немесе жану жылуларьш қ олдана отырьш кө птеген химиялық реакциялардың жылу тиімділіктеріп есептеп шьп-аруғ а болады.

Гесс заң ы негізінде химиялық реакциялардың жылу тиімділгімен қ атар заттардың тү зілу, жану, еру, тотық сыздану, гидратгану жө не нейтралдау жылуларьш табуғ а болады.

Жану жылуы-1 моль зат стандарт жағ дайда оттекпен толық ө рекеттесіп жанғ ан кездегі химиялың реакцияның жылу тиімділігі.

Еру жылуы-1 моль затгы еріткіштің ете кеп мө лшерінде еріткенде бө лінетін немесе сің ірілетін жылу мелшері.

Ерудің интеграл жылуы-еріткіштің белгілі мелшерінде 1 моль затгы еріткенде сің ірілетін немесе бө лінетін жылу мө лшері.

Оның шамасын мъша тендеумен есептеуге болады:

мұ іщағ ы Δ Н₂-ерудің интегралды жылуы; Δ Н_инт-тә жірибе жү зінде анық талғ ан еру жылуы; т-еріген заттың салмақ тық массасы; М — еріген затгың молярлык, массасы.

Нә тижелерді рә сімдеу:

Тү здар суда ерігенде екі процесс қ атар жү реді;

І.Заттың кристалдық торының бү зылуы жә не молекулалардың иондарғ а диссоциациялануы. Бұ л процесс эндотермиялық процесс,

2. Тү зілген иондар еріткіш молекулаларымен сольватганады. Сольваттану процесі-экзотермиялық процесс, демек бұ л кезде жылу бө лінеді. Оны Δ Нm деп белгілейді.

тең екенідігін кө реміз. Егер Δ Нm> ДН болса, еру кезінде жылу сің іріледі, ал Δ Нm< Δ Нинт болса, жылу бө лінеді.

Нейтралдау жылуы-қ ьшіқ ылды негізбен нейтралдағ аң да 1 моль up тү зілгенде бө лінетін жылу мө лшері. Ә детге кү пггі қ ьппқ ылдарды кү шті негізбен нейтралдағ анда, олардың табиғ атына қ арамастан, реакция механизмі бірдей болғ андық тан, белінетін жылу мө лшері тү рақ ты-57, 1 кДж/моль. Нейтралдау реакциясы кезінде химияльпс, реакция сутек жә не гидроксил-иондарьшың арасьшда ғ ана жү реді. Ә лсіз негіздерді кү шті қ ышқ ылдармен нейтралдағ анда немесе керісінше болғ ан жағ дайда нейтралдау жылуы 57, 1 кДж/моль кем немесе артық болады. Ол ауытқ у ө лсіз қ ышқ ыл мен негіздің дассоциациялану жылу тиімділііінщ шамасьша байланысты.

Жылу тиімділігі сусыз тұ здардың еріп гидратгануы кезінде де байқ алады. Оны анық тау ү шін сусыз тұ здың жө не кристалло-гидраттың еру жылуларьш жеке-жеке анық тап, тө мең дегі тең деу ■ бойьшша есептейді:

мү ндағ ы: АН^^ — тү здың гидраттану жылуы, ал Н, жә не кристаллгидратгың жә не сусыз тұ здың еру жылулары. Химиялық процестердің жылу тиімділігін анық тау ү шін калориметр тү рақ тысьш (жылу сыйымдылығ ьш) білу керек.

Бақ ылау сұ рақ тары:

1. Термохимияның негізгі заң ының мә ні неде?

2. Температуралардың ө згеруіне байланысты жылу сыйымдылығ ының ө згер графигін қ ұ растырың ыздар.

3. Жылу эффектілерін есептеу ү шін термохимияның негізгі заң ын қ андай жағ дайларда қ олданады

№ 3 лабораториялық жұ мыс: Кристалдау температурасын зертгеу арқ ылы ерітінділердің қ ату температураларының тө мендеуін, еріген затгың молекулалық салмағ ын анық тау

Сабақ тың мақ саты:: Криоскопия ә дісін пайдаланып, молярлық массасын, қ ату температурасының тө мендеуі бойынша анық тау

Тапсырмалар: 1.Колориметр тұ рақ тысын анық тау. 2..Ерітінді бетінде су қ ысымның, анық тау. 3. Молярлық массасын қ ату температурасының тө мендеуі бойынша анық тау

Қ ұ рал-саймандар, ыдыс-аяқ, инструменттер: калориметрге, салқ ындатқ ьші қ оспа (мү з), ыстық су,. Стаканғ а, еріткіш, HjO немесе С^Н^, орналастырьш ү стағ ьшшен, термометр, орналастырғ ыш. штатив, қ ыстарғ ышьша,. орналастырғ ыш.

Екі немесе одан да кеп компоненттерден тұ ратын біртекті (гомогенді) жү йені ерітінді деп атайды. Ерітінділерді идеал жене реал ерітінді деп екіге бө леді. Идеал ерітіндіде компонентгерді ө зара кез келген кө лемде араластырғ анда жалпы келемнің сығ ылуы немесе артуы, жылу бө ліну немесе сің іру байқ алмайды, ал реал ерітінділерде компоненттердің молекулаларының ө зара ассоциациялануы, диссоциациялануы, сольваттануы нә тижесінде ерітіндіде ә р тү рлі қ ү былыстар байқ алады. Химиялық қ ү рамы жене физикалық қ асиетгері ө зара жақ ьш затгардан тү зілген ерітінділер, сонымен қ атар шексіз сү йытылғ ан ерітінділер кө птеген қ асиеттері жағ ьшан идеал ерітінділерге жақ ьш болады. Идеал ерітінділердің кейбір қ асиетгерін (қ анық қ ан бу қ ысымьш, қ айнау температурасьш, кристалдау температурасын) зертгеу арқ ылы еріген затгың молекулалық салмаіғ ын жә не диссоциациялану дережесін анық тауғ а болады.

Тапсырманы орындау реті:

.1.Ерітінді бетінде су қ ысымның тө мендеуі. Берілген температура­да сү йық тык, пен оның бетіндегі бу арасында да динамикалық тепе-тендік орнағ аң да, сү йық тық тан бу лантан молекулалардың саны қ айта конденсацияланатын молекулалар саньша тең болады. егер осы ұ шқ ьші сү йьгқ тың та ү шпайтьш заттың шамалы мелшерін ерітетін болсақ, ң ріткіш молекуласьшың концентрациясы азаяды, осығ ан байланысты буланьш шьп-атьш молекулар саны кемиді. Демек, ерітінді бетіндегі бу қ ысымы тө мендейді. Щеал ерітінді бетіндегі қ андай да болмасьш компонентінің қ анық қ ан бу қ ысымьшың шамасын жә не оның салыстырмалы тө мең деуін Рауль заң ы бойьшша анық тауғ а болады. Ерітінді бетіндегі еріткіштің қ аныкқ ан бу қ ысымы Рд оның таза кү йіндегі бу қ ысымьш ерітіндідегі мольдік ү лесіне кө бейткенге тен:

ліү ндағ ы Пд жене еріткіш пен еріген заттың моль сандары. U08

Бинар ертіндіде:

Бірінші тендеуді еріген заггың мольдік ү лесі бойынша шешетін болсак;

мү ндағ ы АР= -Рд ерітінді бетіндегі еріткіштің бу қ ысымның салыстырмалы тө мендеуі.

Эмпирикалық жолмен анық талғ ан бү л тең деуі тү рақ ты температурада ерітінді бетіндегі еріткіштің бу қ ысымының салыстырмалы тө мендеуі еріген заттың мольдік ү лесіне тең (Рауль заң ының баскд тү рдегі тү жырымы) екендігін кө рсетеді.

2.Ерітінділердің кдйнау жә не қ ату температуралары. Таза сү йық гың бетіндегі кднық кдн бу қ ьісымы сыртқ ы қ ысымғ а тең ескен кездегі температурада қ айнайды. Егер қ айнау температурасы сү йық гық кд (еріткішке) ү пшайтьш ерігіш зат қ оссак, ерітінді бетіндегі қ ысым сыртқ ы қ ысыммен тең есу ү шін ерітіндіні таза еріткіштщ кэйнау температурасьшан жоғ ары температурага дейін () қ ыздыру керек. Егер ерітіндінің концентрациясы Cj-C^ дейін артатын болса, онда ерітіндінің қ айнау температурасы дейін артуы кажет. Сонда ғ ана ерітіндіні бетіндегі қ ысым сыртқ ы қ ысыммен тең еседі, яши ерітінді кдйнайды.

Еріткіш пен концентрациясы ер тү рлі ерітінділер ү шін кднық кэн бу қ ысымы мен температура арасындағ ы қ атынас 1-суретте кө рсетілген. Ерітіндідегі еріген заттың мө лшері неғ ү рлым кө п болса, согү рлым ербір температурада ерітінді бетіндегі бу қ ысымы темен, ягни ерітінділер ү шін температурамен қ ысым арасың дагы байланысты кө рсететін қ исық (ВС жене DF қ исық гары) таза еріткішке қ арағ анда темен орналасады. Кдйнау температурасьшың артуы ерітшдінің концентрациясы арткдн сайьш арта тү седі. демек, қ айнау температурасының артуы еріген затгың молярльпс концентрациясьша " С" тура пропорционал болады: электролит еместердің ерітінділері ү піін:

мұ ндағ ы Eg — эбулиоскопиялың тү рақ ты немесе қ айнау температурасьшың молярлық артуы. Оның шамасы 1000 гр еріткіште 1 моль затты еріткенде альшган ерітндінің кзйнау температурасьшың артуына тең.

3-тендеуді пайдаланып еріген заттың молекулалық салмағ ын ерітіндінің кдйнау температурасының артуы бойынша анық гауғ а болады:

мү ндағ ы М-ерітіндідеіі еріген запың молярлық массасы; ш-еріген запың массасы, г; G-еріткіштщ массасы, г; At^^^ - ерітіндінің кдйнау температурасының артуы, Еэ-эбулиоскопиялық тұ рақ гы.

Егер ерітіндіні салқ ындаткднда таза еріткіштің кристалдары тү зілетін болса, ерітіндінщ кристалдану (кдту) температурасы таза еріткіштің қ ату температурасынан тө мен болады. Еріткіштің кристалдарының тү зілу барысында ерітіндідегі еріген заттың концентрациясы арта тү седі, ал кдту температурасы тө мендей береді (1-сурет). Эвтетикалық қ ү рамғ а жеткенде еріткіште те, еріген зат та іфисталданады.

Ерітіндінің кристалдану температурасы ретінде одан еріткіш кристалдары тү зіле бастағ ан температураны алады. Қ ату температурасының тө мендеуі деАІ^^^ кзйнаутемпературасьпп> щ At^^ артуы секілді ерітіндінің молярлық концентрациясына " С" пропорционал:

мү ндағ ы К-криоскопиялық тү рақ ты немесе кристалдану температурасының молярлық темендеуі. Оның шамасы 1 моль затты 1000 гр еріткіште epiiin даярланғ ан ерітіндінің кэту температурасьшың тө мең деуіне тең. Қ риоскопиялық ә дісте де пайдаланып, еріген затгың молекулалық салмағ ьш анық гауғ а болады:

мү ндағ ы М-еріген заттың (электролит еместің) молярлық массасы, г;

К-криоскопиялық тү рақ гы; т-еріген заттың массасы, г; G-еріткіштің массасы, г; At^^-қ ату температурасының тө мендеуі. Ескеретш жағ дай, эбулиоскопиялық ө дісті тек іс жү зінде ұ шқ ьші емес затгардың ерітінділері ү шін, ал криоскопиялың ә дісті еріткішпен аралас кристалдар тү збейтін (қ атар кристалданбайтьш) заттардың ерітінділері ү шін қ олдануга болады.