лабораторной работе

Отчет по

По дисциплине: «Физическая химия»

Тема: «Изучение упругости диссоциации CaCO₃»

Выполнил: студент гр. МТВ-37081 ВС Постыляков А. Ю.

Верхняя Салда

2009 г.

Целью работы является изучение температурной зависимости упругости диссоциации карбоната кальция и определение теплового эффекта реакции диссоциации СаСО ₃.

Теоретическая часть

Карбонат кальция, являющийся основной составной частью мела, известняка, мрамора, диссоциирует по реакции

(1)

Будем считать, что система состоит из чистых СаСО ₃, СаО, СО ₂ и между ними протекает только реакция (1).

Равновесное давление двуокиси углерода над карбонатом называют его упругостью диссоциации.

Число параметров, определяющих состояние равновесия системы, можно найти по правилу фаз Гиббса:

С = k + 2 – ф = (3-1) + 2 – 3= 1, (2)

здесь k - число независимых компонентов в системе,

ф - число фаз.

Система обладает одной степенью свободы, то есть из двух параметров (Т, ), определяющих состояние системы, один можно изменять произвольно, не меняя количества и природы фаз, характерных для равновесия системы. Удобнее в качестве независимой переменной выбрать температуру, тогда будет ее однозначной функцией. Найдем эту функциональную зависимость.

Константа равновесия реакции (1) запишется так:

, (3)

где , , - активности соответствующих реагентов.

Известно, что карбонат и оксид кальция весьма мало взаимно растворимы. Поэтому обычно оксид и карбонат находятся в виде самостоятельных твердых фаз, и при небольших давлениях 1, 1. Активность газообразного () определяется из соотношения

. (4)

Если давление измерять в атмосферах, то фугитивность в стандартном состоянии = 1 атм и будет численно равна равновесной фугитивности . Поскольку в наших условиях можно считать идеальным газам, то .

Таким образом:

, (5)

то есть константа равновесия реакции (1) численно равна упругости диссоциации СаСО ₃, если последняя выражена в атмосферах.

Методика и порядок проведения опытов

Для определения упругости диссоциации СаСО ₃ в работе используется статический метод. Суть его заключается в непосредственном измерении при данной температуре равновесного давления СО ₂ в установке.

Принципиальная схема установки представлена на рис. 1. В электрическую печь сопротивления 1 помещают кварцевую ампулу 2, в которую помещена навеска карбоната кальция 3. Перед началом нагрева печи из ампулы откачивают воздух форвакуумным насосом 4, включение и выключение которого производится с помощью пусковой панели 5. Изменение давления фиксируется с помощью манометра 6. Регулировочный кран 7 служит для управления давлением на разных этапах работы.

Рис. 1. Принципиальная схема установки: 1 - печь сопротивления, 2 - кварцевая ампула, 3 – навеска карбоната, 4 - форвакуумный насос, 5 – пусковая панель, 6 – манометр, 7 – регулировочный кран

Результаты измерений

делений манометра.

Цена деления манометра - 0,004 атм.

Изменение парциального давления CO₂ при диссоциации CaCO₃:

№		T, K	дел. манометра	ат.
				0,0858
				0,1638
				0,2769
				0,5109

Обработка результатов

По полученным результатам построим график в осях «» и, используя уравнение изобары, найдём среднее значение теплового эффекта реакции.

Рис. 2. График зависимости «»

Среднюю величину теплового эффекта реакции в изученном интервале температур можно оценить по опытным значениям константы равновесия при разных температурах. Для этого необходимо проинтегрировать уравнение изобары химической реакции, считая постоянным:

.

В результате интегрирования получим

где Const - постоянная интегрирования.

Из полученного соотношения следует, что опытные данные, представленные в координатах «» должны расположиться вблизи прямой линии, угловой коэффициент которой равен .

Таким образом, имеем , кДж/моль.

Далее рассчитаем и теоретически. Поскольку упругость диссоциации, выраженная в атмосферах, численно равна константе равновесия реакции, то ее значение можно теоретически рассчитать методом Темкина-Шварцмана:

. (6)

Величину теплового эффекта при данной температуре можно рассчитать по уравнению Кирхгофа:

. (7)

В таблице 1 приведены необходимые для расчета справочные данные:

Таблица 1

Вещество			а	b×10^3	c´×10^-5
CaCO3	-1206,83	91,71	104,53	21,92	-25,94
CaO	-635,09	38,07	49,62	4,52	-6,95
CO2	-393,51	213,66	44,14	9,04	-8,54

Поскольку вычисления являются трудоемкими, расчеты были произведены посредством ЭВМ:

Дж/моль;

;

;

.

Величину теплового эффекта для различных температур рассчитаем по уравнению Кирхгофа (посредством ЭВМ). Результаты расчетов приведены в таблице 2:

Таблица 2

T, K
Δ HT, кДж/моль	172,35	171,53	170,68	169,81

Затем рассчитаем теоретические значения упругости диссоциации СаСО ₃ (посредством ЭВМ). Результаты расчетов приведены в таблице 3.

Таблица 3

T, K
M0	0,37795	0,41619	0,453396	0,48956
M1 · 10^- 3	0,16745	0,18936	0,211606	0,234134
M -2 · 10^5	0,22912	0,24426	0,258163	0,270969
ln(Kp)	-7,1742	-5,7342	-4,45642	-3,31577
KP · 10^3	0,7661	3,23352	11,60378	36,30611

Построим графики зависимостей ; . Для сравнения построим их в одной координатной плоскости.

Рис. 3. Графики зависимостей ; .

Большая разница между теоретическими и практическими результатами обусловлена рядом причин: неточным заданием температуры терморегулятором, тепловая инерция, дисперсность твердых фаз.

Теоретически величину теплового эффекта в исследуемом интервале температур можно определить по формуле:

, где .

кДж/моль;

кДж/моль;

кДж/моль;

кДж/моль.

Расчет абсолютной погрешности измерения среднего теплового эффекта реакции произведем по формуле:

кДж/моль;

кДж/моль;

кДж/моль;

кДж/моль.

Выводы:

Анализируя полученные опытные данные и построенные графики делаем вывод - с ростом температуры упругость диссоциации карбоната кальция будет возрастать. Поскольку упругость диссоциации СаСО ₃ равна константе равновесия реакции, константа равновесия также возрастает. Следовательно, согласно уравнению изобары - класс процесса эндотермический, идущий в прямом направлении с поглощением тепла.

Дата добавления: 2015-12-07