ТЕПЛОВЫЕ ЭФФЕКТЫ ПРИ РАСТВОРЕНИИ ВЕЩЕСТВ В ВОДЕ 13х741 MgOLiKI

План работы 1.Изучение теоретического материала о термодинамике процессов растворения веществ в воде. 2. Подготовка материалов и оборудования для эксперимента. 3. Исследование теплового эффекта процессов: а) растворения предложенных веществ в воде, б) смешивания снега с поваренной солью. 4. Конструирование бытовых устройств, работающих с использованием теплового эффекта процесса растворения веществ в воде. 5.Подготовка презентации и тестового задания для учащихся. 6.Знакомство учащихся с результатами исследования, тестирование, проверка и оценка выполнения теста. Методикаэксперимента: a)Взвешивается необходимая масса (отмеряется объем) вещества и воды. b)Измеряется температура воды. c)Вещество растворяется, раствор перемешивается, измеряется его температура (в момент стабилизации).

Оборудование: Стаканы стеклянные на 50 мл – 4 Стаканы из полистирола на 150 мл 3 Стаканчик алюминиевый на мл Стакан стеклянный на 250 мл Весы электронные (точность 0,01 г) Измерительный цилиндр на 25 и 10 мл Шпатели – 2 Стеклянные палочки - 2 Электронный медицинский термометр Цифровой термометр Картонная коробка ~ 15 х 15 х 15 см Фольгированный пенофол Реактивы: Ацетон Сахароза Хлорид натрия Карбонат натрия (безв) Гидрокарбонат натрия Лимонная кислота Глицерин Вода, снег Молоко Нитрат аммония

теплоты, затраченной на разрушение кристаллической решетки (Q реш < 0) теплоты гидратации (Q гидр > 0), выделяющейся при взаимодействии молекул воды с молекулами или ионами растворяемого вещества. Если на разрушение решетки энергии затрачивается меньше, чем выделяется при гидратации, растворение такого вещества будет экзотермическим процессом, идущим с выделением теплоты (и наоборот). Эта энергия передается раствору и вызывает изменение его температуры. Теплота растворения вещества складывается из: В зависимости от соотношения значений Q реш и Q гидр теплота растворения может иметь как положительное, так и отрицательное значение.

ХОД ВЫПОЛНЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 1. ТЕПЛОВЫЕ ЭФФЕКТЫ ПРИ РАСТВОРЕНИИ ВЕЩЕСТВ В ВОДЕ Первоначально для исследования t° был взят электронный медицинский термометр. Но значения измерений при этом находились в пределах +32 ÷ +42°С. Поэтому растворение всех веществ проводили в предварительно нагретой до °С воде в стеклянных стаканчиках.

Результаты исследования: Такие результаты вряд ли можно считать достоверными, потому что происходит потеря тепла в результате остывания раствора, и это дает значительную погрешность. V (H 2 O) в этом опыте составлял 20 мл, массы растворенных веществ соответственно: раствор 1 –1 г, раствор 2 – 2 г

Для повышения точности эксперимента использовали цифровой термометр (предел измерений 50 ÷ +70°С) при комнатной температуре ~ 20°С. Измерения проводились в стаканах из полистирола, характеризующегося очень малой теплоемкостью, что позволило обойтись без калориметра.

Концентрация подбиралась так, чтобы раствор был близким к насыщенному (табл. 1). Вещество Р-ть, г /100 г Н 2 О Ацетон Сахароза 179 (0°С) Хлорид натрия 35,9 (20°С) Карбонат натрия (безв) 21,8 (20°С) Гидрокарбонат натрия 9,6 (20°С) Лимонная кислота 133 (25°С) Глицерин

Результаты исследования: вещества С3Н6ОС3Н6О С 12 Н 22 О 11 NaCl Na 2 CO 3 NaHCO 3 C 6 H 8 O 7 ·H 2 O C3Н8О3C3Н8О3 ΔtΔt + 1,70,00,0 0,4+ 1,9 1,1 0,9+ 1,2 V(Н 2 О) = 20 мл. m = 2 г

2. ТЕПЛОВОЙ ЭФФЕКТ ПРИ СМЕШИВАНИИ СНЕГА С ПОВАРЕННОЙ СОЛЬЮ Результаты: m снега, г5,0 m(NaCl), г1,02,04,06,0 t, °C-0,1-5,1-6,7-7,2

РАСЧЕТЫ: Сравним результаты нашего эксперимента со справочными данными. Энтальпия при образовании водного раствора Nа 2 CO 3 из 1 моль вещества в твердом состоянии и 20 моль воды составляет -33,2 кДж/моль. Это же соотношение дают 5,3 г Nа 2 CO 3 и 18 г воды. При их смешивании температура раствора увеличивается на 3,5 С. Рассчитаем количество теплоты q, выделившейся при растворении: q=cm(t 2 – t 1 ), где с– удельная теплоёмкость раствора, t 1 -начальная температура, t 2 - конечная температура раствора, m – масса раствора При расчете пренебрегали удельной теплоемкостью сосуда, а удельную теплоемкость раствора приняли за удельную теплоемкость воды 4,2 кДж/г·К. q = 4,2·23,3(19,4 – 15,9) = 342,51 кДж Вычислим энтальпию растворения: H=-q·ν. H = -342,51·0,05 = -17,13 кДж/моль Погрешность эксперимента: Абсолютная: -33,2 –(-17,13) = -16,07 кДж/моль Относительная: 16,07 33,2 = 0,484 или 48,4%

Тепловые эффекты при растворении используют на практике для создания портативных охлаждающих / нагревающих систем. Обычно это пакеты из водонепроницаемого и химически стойкого материала с веществом или смесью, с заметным тепловым эффектом растворения. К их содержимому добавляют воду и перемешивают. Такой пакет служит в качестве медицинской грелки или пузыря со льдом при оказании первой медицинской помощи в экстренных условиях. «химический холодильник»: Мы изготовили работающий на этом принципе «химический холодильник»: картонная коробка термоизолируется фольгированным пенофолом, внутрь один в один помещаются стаканы на 250 и 50 мл, в зазор между ними – кристаллический нитрат аммония, в маленький стакан – около 20 мл. молока. в зазор между стаканами добавляется вода, коробка закрывается – холодильник начинает работать. Температура молока опустилась с 16,1 до 4,9 °С и продержалась ниже начальной в течение 3 часов. Подобрать безопасное для пищевых продуктов вещество в качестве эффективной «химической духовки» пока не получилось.

Формулировка задания Балл 1 При растворении твердых веществ в воде энергия: а) всегда выделяется; б) всегда поглощается; в) может поглощаться или выделяться; г) не выделяется и не поглощается. 2 2 Укажите НЕВЕРНОЕ утверждение: При образовании водного раствора вещества а) может выделяться либо поглощаться теплота; б) всегда образуются водородные связи между молекулами вещества и воды; в) его частицы распределяются среди молекул воды; г) его диссоциация может отсутствовать. 4 3 Положительный тепловой эффект при растворении вещества в воде свидетельствует о: а) его хорошей растворимости; б) ионном характере связей в нем; в) превышении энергии гидратации над энергией связей между его структурными единицами; г) его агрегатном состоянии. 6 4 Энергия, как правило, всегда выделяется при растворении в воде веществ: а) твердых; б) газообразных; в) кристаллогидратов. 8 5 Тепловой эффект растворения нитрата аммония химическим количеством 1 моль в воде равен -26,4 кДж. Укажите количество теплоты (кДж), поглотившееся при растворении в воде данной соли, если при этом образовался раствор, содержащий в сумме 1,505 ·10 23 ионов NH 4+ и NO Тестовые задания Задания составлены на основе материалов ЦТ 2005 – 2006 г (белорусский аналог российского ЕГЭ)

Ответы учащихся Тестирование проводилось на факультативном занятии в 10 «Д» классе, т.к. там по программе изучается этот материал. Однако мы проведем этот тест и в своем классе при повторении. В подготовке к ЦТ он будет очень полезен. Учащимся вопросы понравились, они определили их как средней сложности. Учитель отметил хороший подбор заданий, но счел завышенной цену 4.