Порядок виконання роботи. 1. Викладач проводить експрес опитування студентів за темою практичної роботи з метою виявлення готовності студента до виконання роботи

1. Викладач проводить експрес опитування студентів за темою практичної роботи з метою виявлення готовності студента до виконання роботи.

2. Видача індивідуальних завдань для практичної роботи

3. Студенти самостійно працюють над розрахунками, складають звіти, роблять висновки з роботи.

4. Захист практичної роботи має бути в усній або в письмовій формі, як спланує заняття викладач.

Контрольні запитання:

1. Що таке теплоємкість і які фактори впливають на її величину?

2. Види теплоємкості

3. Одиниці вимірювань теплоємкості

4. Як розрахувати теплоємкість сплавів?

5. Як пов’язані математично питома та мольна теплоємкість?

6. Як пов’язані математично питома та об’ємна теплоємкість?

7. Співвідношення ізохорної та ізобарної теплоємкості ідеального газу

 

Варіанти індивідуальних завдань

до практичної роботи №2

 

1. Середня теплоємкість парів бензолу у межах температур 85-115^о С (при нормальному атмосферному тиску) дорівнює 1.257 кДж/кг град. Розрахувати середню мольну теплоємкість бензолу при постійному тиску і об’ємну та їх співвідношення (С_р /С_v).

2. Середня питома теплоємкість при постійному (нормальному) тиску для водяного пару в межах температури 100-500^о С дорівнює 2.01 кДж/кг град.

Розрахувати середню мольну теплоємкість водяного пару при постійному тиску і об’ємі, їх співвідношення (С_n/C_v).

 

3. Температурна залежність дійсної мольної теплоємкості повітря виражено рівнянням

С_р=27.2 + 0.0042 Т.

Розрахувати дійсну та питому теплоємкість, якщо співвідношення С_р/C_v для повітря дорівнює 1.4.

 

4. Температурна залежність дійсної мольної теплоємкості повітря виражається рівнянням

С_р=27.2 + 0.0042 Т.

Розрахувати середню теплоємкість в інтервалі температур 200-500^оС.

 

5. Мольна теплоємкість нітрогену при нормальних умовах дорівнює 20.95 кДж/к моль град. Визначити питому і об’ємну теплоємкість нітрогену за тих же умов.

 

6. Температурна залежність дійсної, мольної теплоємкості гематиту (Fe₂O₃) виражається рівнянням:

С_р= 103.58 + 67.21 ∙ 10^-3 Т – 17.74 ∙10⁵ Т^-2

Визначити кількість тепла (кДж), необхідної для нагрівання 1 кг гематиту від 16 до 1538^оС.

 

7. Температурна залежність дійсної мольної теплоємкості кристаболіта

β (SiO₂) виражається рівнянням

С_р=71.61 + 1.9 ∙10^-3 Т − 37.59 ∙ 10⁵ Т^-2

Визначити кількість тепла, необхідного для нагрівання 1 кг кристаболіта від 16 до 1538^оС.

 

8. Залежність теплоємкості парів ацетона від температури виражена рівнянням

С_р= 31.59 + 154.94 ∙ 10^-3 Т − 30.38 ∙ 10⁶ Т ²

Розрахувати витрати тепла (дж) на нагрівання 116.2 г ацетону від 298 до 500^оС.

 

9. Розрахувати кількість поглинутого тепла (кДж) при нагріванні 1 кг спирту від 127 до 327^оС (при постійному тиску), як що температурна залежність дійсної мольної теплоємкості (кДж/к моль град) виражається формулою:

С_р=9.05 + 0.208 Т − 0.0651 ∙10^-3 Т²

 

10. Розрахувати кількість тепла, що виділилось при ізобарному охолодженні 100 кг парів фармальдегіда від 500 до 200^оС, якщо температурна залежність мольної теплоємкості (кДж/к моль град) виражається за формулою

С_р=20.94 + 0.0586 Т − 0.0156 ∙ 10^-3 Т²

 

11. Яка кількість тепла (кДж) виділиться при ізобарному охолодженні 100 кг парів води від 827 до 127^оС, якщо

С_р=28.8 + 0.01375 Т − 1.435 ∙ 10^-6 Т²

 

12. Яка кількість тепла потрібна для нагрівання 10 кг парів ізопрену від 127 до 227^оС при нормальному тиску, якщо температурна залежність дійсної мольної теплоємкості (кДж/к моль град) виражається за формулою:

С_р = 3.98 + 0.337 Т − 0.243 ∙10^-3 Т²

 

13. Яка кількість тепла потрібна для нагрівання 100 м³ метана від 100 до 200^оС при нормальному тиску, якщо температурна залежність дійсної об’ємної теплоємкості (кДж/м³ град) виражається за формулою:

С_v =1.62 + 3.56 ∙ 10 Т

 

14. Розрахувати кількість теплоти, відданої 150 кг парів етилового спирту при охолодженні їх від 700 до 500^оС при нормальному тиску. Середні мольні теплоємкості для спирта (С) при температурах 100 і 400^оС відповідно дорівнюють 80.5 і 97.2 кДж/к моль град (тиск нормальний).

 

15. Яку кількість тепла віддають 100 кг водяних парів при охолодженні їх від 700 до 500^оК при нормальному тиску. Середня нормальна теплоємкість водяних парів при Т 500^оК дорівнює = 34.48, а при Т = 700^оК − 35.52

кДж/к моль град (тиск нормальний).

 

16. Розрахувати середню питому теплоємкість аміаку в інтервалі температур від 100 до 200^оС, якщо

С_р= 24.8 + 3.76 ∙ 10^-2 Т − 7.39 ∙ 10^-6 Т²

 

17. Розрахувати середню мольну теплоємкість заліза в інтервалі температур від 100 до 200^оС, якщо дійсна теплоємкість в межах температур від 0 до 600^оС виражається рівнянням:

С= 0.4613 + 2.12 ∙ 10^-4 t + 6/87 ∙ 10^-7 t²

18. Залежність мольної теплоємкості ацетилена від температури виражається формулою:

С_р= 24.46 + 64 ∙ 10^-3 Т − 2.87 ∙ 10^-6 Т²

Розрахувати середню питому теплоємкість (С_р) в інтервалі температур від 400 до 500 К.

 

19. Визначте середню питому теплоємкість оксиду кальцію у проміжку температур 1200-1300^оС, якщо

С_р=48.77 + 4.525 ∙ 10^-3 Т

20. Обчислити мольну теплоємкість бензола при 30^оС, якщо

С_р= 86.74 + 0.1089 t

21. Обчислити дійсну мольну теплоємкість сульфурогідрогену при 35^оС, якщо

С_р=33.14 + 10.27 ∙ 10^-3 t − 16.8 ∙10^-7 t²

22. Обчислити дійсну мольну теплоємкість етилену при 37^оС, якщо

 

С_v= 46.06 + 0.03268 t

23. Для діоксиду карбону обчислити дійсну мольну і питому теплоємкість діоксиду (кДж /к моль град) при постійному тиску і температурі 27^оС.

 

24. Обчислити дійсну мольну і питому теплоємкість гідрогену при 27^оС, якщо

С_р= 28.82 + 0.0002849 Т

25. Визначте середню мольну, питому теплоємкість оксиду карбону при постійному об’ємі від 0 до 500^оС, якщо в інтервалі температур від 0 до 1500^оС:

С_р= 29.08 + 0.002818 t

 

 

Рекомендована література:

1. Гамеева О.С. Физическая и колоидная химия.М. Высшая школа. 1969.408 с. § 21

Практична робота №3

Тема роботи – Перший закон термодинаміки, закон Геса та слідства.

Мета роботи – навчитися визначати тепловий ефект реакції.

 

Теоретичне обґрунтування

Хімічні перетворення, а також фізичні процеси (випарювання, конденсація пару, плавлення, кристалізація) завжди супроводжуються тепловим ефектом. Знання теплових ефектів дає змогу виконувати технологічні розрахунки.

В термохімії теплота, яку виділяє система, вважається позитивною (+), а теплота, що поглинається – негативною (-). В термохімії теплоту визначають символом Q_р і виражають в Дж/моль, кДж/моль.

Ізохорний тепловий ефект (Q_v) – тепловий ефект при постійному об’ємі

Ізобарний тепловий ефект (Q_p) – це тепловий ефект при постійному тиску.

Між ними існує математичний зв’язок

Q_p= Q_v – ΔnRT

Для обчислення Δn число молей газу, що є у лівій частині хімічного рівняння реакції беруть зі знаком “-”, а в правій зі знаком “+”.

Якщо система складається тільки із твердих та рідких речовин, то Q_p≈ Q_v

Теплові ефекти в довідниках приведені до стандартних умов, однак таблиці не враховують всі можливі хімічні реакції, тому теплові ефекти можна розрахувати, користуючись законом Гесса та наслідками з нього.

В термохімічних розрахунках широко використовують 2 наслідки закону Гесса.

1. Тепловий ефект хімічної реакції дорівнює різниці між сумою теплоти утворення продуктів реакції та сумою теплот утворення речовин, що вступають в реакцію

Q_{реакціі}=ΣQ_{утв.прод.} – ΣQ_{утв.поч.}

2. Тепловий ефект хімічної реакції дорівнює різниці між сумою теплот згоряння речовин, що вступають в реакцію (Q_{згор.поч .}) та сумою теплот згорання продуктів реакції (Q_{згор.прод})

Q_{реакціі}=ΣQ_{згор.поч.} – ΣQ_{згор.прод.}

Примітка: в довідкових таблицях Q_утв. та Q_згор. приведені для

1 моль і для стандартних умов: р = 101325 н/м²; t^o = 25^oC

Q утворення простих речовин умовно дорівнює нулю.

Приклад № 1.

Обчислити різницю між Q_p і Q_v при t^o = 25^oC для

Реакції 2H₂ + O₂ = 2H₂O(ж)

Рішення.

1.Визначаємо Δn реакції

Δn = -2 – 1 + 0= -3

2. Q_p - Q_v = - ΔnRT

Т=25+273 = 298 ^оК

Q_p - Q_v = -(-3)* 8,313*298 = 7432 Дж

 

Приклад № 2. Обчислити тепловий ефект реакції при p – const

CaC₂ + 2H₂O(ж) =Ca(OH)₂ + C₂H₂↑ + Q

 

 

Рішення

1. Знаходимо в довідковій таблиці теплоти утворення учасників

реакції

Q_{p утв} (Ca(OH)₂) = 986,2 кДж/моль

Q_{p утв} (CaC₂) = 65,7 кДж/моль

Q_{p утв} (C₂H₂) = 226.75 кДж/моль

Q_{p утв} (H₂O) = 285.84 кДж/моль

 

2. Користуючись першим наслідком закона Гесса, знаходимо тепловий ефект реації

Q_{реакції} = (986,2+226,75) – (62,7 + 2* 285,84)= 125,07 кДж на 1 моль CaC₂

Відплвідь: Q_p = 125,07 кдж/моль.

 

Контрольні запитання:

1. Сформулюйте перший закон термодинаміки.

2. Математичне визначення закону термодинаміки.

3. Як читається закон Гесса?

4. Сформулюйте слідство закону Гесса.

5. Що називається теплотою утворення, теплотою згорання?