13x1409

КОМАНДА «3 МОЛЬ»
Игровой номер 1409
Химик не такой должен быть, который
Дальше дыму и пеплу ничего не видит, а такой,
Который на основании опытных данных
Может делать теоретические выводы.
М.В. Ломоносов.
Рабочий план.
Целью данной работы является изучение теплового эффекта при растворении
веществ различной природы в воде как доказательства физико-химической
природы растворения.
Для этого необходимо:
1. Найти информацию по данному вопросу, изучить её, обсудить, сделать обзор по
теме.
2. Подготовить необходимый для проведения эксперимента инвентарь.
3. Провести эксперимент.
4. Сделать выводы, объяснить результаты.
5. Подготовить отчёт .
6. Провести презентацию своей работы для учащихся 11 класса.
7. Рефлексия.
Объектная область исследования: химическая
термодинамика
Объект исследования : процесс растворения веществ
Предмет исследования : тепловые явления при растворении
веществ в воде
Цель исследования : установить, присутствует ли тепловой
эффект, т.е. выделяется или поглощается теплота при
растворении веществ в воде.
Метод: экспериментальное исследование
Гипотеза: если растворение физико – химический
процесс, то при растворении должны происходить
физические и химические явления.
В 1887 году шведский физико - химик Сванте
Аррениус, исследуя электропроводность водных
растворов, высказал предположение, что в таких
растворах вещества распадаются на
заряженные частицы – ионы, которые могут
передвигаться к электродам.
СВАНТЕ АРРЕНИУС
К числу противников Аррениуса
принадлежал Д.И.Менделеев, создавший
«химическую» теорию растворов, в отличие от
«физической» теории Аррениуса. Менделеев
считал, что в растворах происходят по сути
химические взаимодействия между
растворенным веществом и растворителем, тогда
как теория Аррениуса представляла водные
растворы как механическую смесь ионов и воды.
Процесс взаимодействия
растворителя и растворённого
вещества называется сольватацией.
Если растворителем является вода гидратацией.
Общий тепловой эффект растворения
зависит от тепловых эффектов:
•а) разрушения кристаллической решетки
(процесс всегда идет с затратой энергии —
Q1);
•б) диффузии растворенного вещества в
растворителе (затрата энергии - Q2);
•в) гидратации (выделение теплоты +Q3,
так как гидраты образуются за счет
возникновения непрочной химической
связи, что всегда сопровождается
выделением энергии).
Для доказательства физико-химической природы растворения мы провели
измерения температуры свежеприготовленных растворов веществ.
Для эксперимента мы подготовили
следующие вещества: ацетон, сахароза,
хлорид натрия, карбонат натрия
(безводный), гидрокарбонат натрия,
лимонная кислота, глицерин, вода, снег.
Оборудование: спиртовой термометр,
стеклянные палочки, химические
стаканы, цифровой фотоаппарат.
Ход работы:
1.Всыпать в стакан 10 г твёрдого вещества
или 10 мл жидкости, долить воды до
отметки 50 мл, перемешать содержимое.
2. Термометром измерить температуру
раствора, зафиксировав температурный
максимум или минимум. Дождаться
стабильности показаний.
3. Занести данные в таблицу.
Вода 20
С0
Хлорид натрия
19.5С0
Гидрокарбонат
натрия
Карбонат
натрия
Лимонная
кислота
Сахароза
Глицерин
Ацетон
Результаты проведённых опытов
В-во
Карбонат
натрия
Гидрокарбонат
натрия
Хлорид
натрия
Лимонная Сахароза
кислота
t
р-ра
0С
23.5
18.5
19.5
18.5
Q
+Q
-Q
незначит
ельно
-Q
Глицерин
Ацетон
20
22
25
-
+Q
+Q
.
Интерпретация результатов
1.Температура при растворении карбоната натрия повышается
из-за того, что энергии на
разрушение кристаллической решетки
необходимо
меньше,
чем
выделяемая
энергия
гидратации
образующихся ионов. Энергии выделяется больше в реакции
гидратации и её избыточное количество её выделяется во внешнюю
среду, раствор разогревается.
2.Чтобы разъединить катионы и анионы в твёрдых соединениях
ионного типа, требуется затратить немало энергии (она называется
энергией кристаллической решетки). Разрушение кристаллической
решетки
гидрокарбоната натрия
(диссоциация идёт в две стадии),
хлорида натрия, лимонной кислоты и их диффузия в воде всегда идет с
затратой энергии — Q, но они не образуют кристаллогидратов, стойких
при обыкновенной температуре, при которой производится определение
теплоты их растворения( т.е. не выделяется теплота
при гидратации
+ Q) . Поэтому, растворяясь в воде, они поглощают тепло и температура
раствора понизилась.
3.
В случае растворения в воде органических веществ тепловой эффект
бывает незначителен. Сахароза, глицерин, ацетон имеют слабую
молекулярную решётку и не диссоциируют при растворении в воде на
ионы. При растворении сахарозы количество энергии, выделяющейся
при образовании гидратов, равно количеству энергии, необходимой для
разрушения кристаллической решётки, то температуры взаимно
компенсируют друг друга и тепловой эффект в данном случае
незаметен. Тепловой эффект растворения глицерина, ацетона состоит,
главным образом, из теплоты образования гидратов, поэтому раствор
слегка разогревается.
Исследование температуры
плавления водно-солевой смеси
Гипотеза: предполагаем, что температура
плавления водно-солевой смеси зависит от
концентрации соли.
Объект исследования: зависимость между
температурой плавления водно-солевых смесей и
их концентрацией.
Предмет: взаимосвязь между температурой
плавления водно-солевой смеси и её
концентрацией.
Цель исследования : установить, изменяется ли
тепловой эффект при увеличении концентрации
соли.
Метод: экспериментальное исследование
Чистый снег
соль/ снега
Чистый снег
1/5
1/4
1/3
1/2
t 0С
4.50С
- 4.50С
- 10.50С
- 16.50С
- 150С
При смешивании одновременно происходят процессы
растворения соли с образованием рассола и плавления снега
с образованием воды и дальнейшим растворением соли. На
плавление снега и растворение соли затрачивается теплота
смеси, вследствие чего температура ее понижается.
Выводы
1) Смесь снега и поваренной соли в соотношении 1/3 плавится при
наиболее низкой температуре: - 16.50С .
2) Скорость плавления этой смеси самая высокая.
3)Дальнейшее увеличение количества соли неэффективно для
снижения температуры.
4)Чтобы сохранить искусственный
холод, сосуд нужно хорошо
изолировать непроводниками
теплоты, а смешивание производится
как можно быстрее; для этого все
твердые вещества должны быть
хорошо измельчены.
В неизолированном стакане N 3
температура смеси снега и соли через
30 минут (конец урока) составила - 100С
при температуре воздуха +20 0С.
Почему тает снег и лед на морозе?
Чтобы расплавить кристаллы снега или льда, нужно огромное количество
энергии, которая берется из окружающей среды, в том числе и из самой
смеси. В результате температура ее резко падает.
Почему в опыте N 4 температура не понизилась?
В последнее время в химической механике стала употребляться иногда
другая величина, теплота растворения до насыщения, соответствующая
теплоте растворения вещества в таком количестве растворителя, чтобы
образовался насыщенный раствор.
В четвёртом опыте с солью
образовался насыщенный
раствор(после опыта на дне
стакана
остался избыток
соли), поэтому температура
смеси не понизилась по
сравнению с предыдущим
случаем,
а
даже
повысилась на 1.5 0 С.
Хотя Менделеев, критикуя Аррениуса, во многом был не прав, в его
рассуждениях была значительная доля истины. Как это часто бывает в
науке, в ожесточенном споре между приверженцами физической и
химической теории правыми оказались обе стороны. Все эти опыты
наглядно показывают, что процесс растворения - это не только простое
физическое перемешивание молекул растворённого вещества и
растворителя, но и химическое взаимодействие между ними. На
основании этих опытов приходят к выводу о том, что
процесс растворения носит физико-химический
характер.
Наша школа небольшая. В 11 классе всего 7 человек .Мы предложили несложный
тест нашим ребятам. В вопросе N 2 некоторые ребята перепутали тип реакции, а в
N 4 запутались с диметилкетоном и гидросульфатом натрия.
Наша работа была оценена учителем на оценку « хорошо».
№
1
2
3
4
Формулировка задания
Гидратированные хлорид -ионы образуются при диссоциации в водном
растворе: а) CHCl3 б) NaCl в) HClO4 г) Ca(ClO)2
Реакцию, уравнение которой 2H2O + 2Na = 2NaOH + H2 + Q
относят к реакциям :
а) замещения, экзотермическим б)
разложения,экзотермическим в) присоединения, эндотермическим г) обмена,
экзотермическим
Даны вещества: а) сульфат натрия, б) диметилкетон, в) нитрат натрия, г)
гидроксид калия, д) гидросульфат натрия, е) этиловый спирт, ж) глюкоза.
Разделите их на группы: 1. при растворении теплота выделяется
2. при растворении теплота поглощается
3. ничего не происходит
Как, имея воду и термометр, распознать вещества: нитрат аммония, гидроксид
цезия, глюкоза. Опишите способ.
Максимальная сумма баллов (А)
№ п/п
учащегося
1
2
3
4
Количество набранных баллов
Задание
Задание
Задание
Задание
№1
№2
№3
№4
1
1
5
3
Итого
баллов
(В)
10
1
2
6
3
11
1
1
5
3
10
1
1
4
2
8
Общий процент в.олнения тестовых заданий учащимися
Баллы
1
2
7
3
13
% выполнения
(А/В)*100%
77
85
77
62
75
Значение исследований теплового эффекта
реакции в химии очень велико. Знание тепловой эффект реакции
необходимо для расчетов тепловых балансов технологических
процессов. Теплоты сгорания применяют при подборе оптимальных
топлив, расчетах удельной тяги ракетных двигателей, оценке
калорийности продуктов. С помощью теплового эффекта реакции
определяют энергии химических связей, рассчитывают
термодинамическую функции образования молекул и ионов в
конкретных состояниях..
ПРИМЕР ПРАКТИЧЕСКОГО
ПРИМЕНЕНИЯ ТЕПЛОВОГО
ЭФФЕКТА РАСТВОРА СОЛИ:
«РУССКАЯ ПЕЧКА»
САМОНАГРЕВАЮЩАЯСЯ,
МНОГОКРАТНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
солевая грелка - эффективное
профилактическое и лечебное
средство. При нажатии на мембрану
образуется центр кристаллизации,
вызывая фазовый переход раствора из
жидкого состояния в твёрдое с
выделением тепла и разогревом до
+54°С.
ПРИМЕР ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ ТЕПЛОВОГО ЭФФЕКТА
смеси снега или льда с солью :
1.Льдосоляное охлаждение позволяет получить более низкие
температуры по сравнению с охлаждением чистым льдом. При
температуре таяния льда 0°С температура воздуха в охлаждаемых
устройствах поддерживается обычно около 6°С. Такая температура
достаточна для охлаждения и кратковременного хранения пива, вод,
соков и прочих напитков, хранения некоторых овощей и зелени. При
льдосоляном охлаждении чаще всего используют смесь дробленого
льда и хлорида натрия.
2. Дорожные службы в целях борьбы с гололедицей посыпают
дороги солью. Чистый снег тает, образуя ледяную скользкую корку, а
соль разрыхляет её. Главных преимущество соли - быстро растоплять
лед. Но техническая соль способна эффективно работать в качестве
противогололёдного материала в низком диапазоне
температуры
до - 16.50С . Кроме того, происходит засаливание почвы. Соль
вызывает коррозию металлических элементов, портит обувь и
одежду, разъедает лапы животных. Но использование других
солей может вызывать аллергию, астму, дерматиты и другие
заболевания.
Нам понравилась работа. В процессе
подготовки и выполнения мы нашли много
информации и узнали интересные факты о
тепловых эффектах химических реакций.
Надеемся, что это пригодится нам для сдачи
ЕГЭ по химии. Хотим поблагодарить учеников
9 класса нашей школы Карлена и Ярослава
за помощь в фото- и видеосъёмке.