Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

17.13: Теплота розчину

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    19286

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    При приготуванні розведень концентрованої сірчаної кислоти, вказівки зазвичай закликають додавати кислоту повільно в воду при частому перемішуванні. При змішуванні цієї кислоти з водою в процесі розчинення виділяється велика кількість тепла. Якби в воду додавали кислоту, вода швидко нагрівалася і бризкала, завдаючи шкоди людині, яка робить розчин.

    Теплота розчину

    Зміни ентальпії також відбуваються, коли розчинена речовина проходить фізичний процес розчинення в розчиннику. Гарячі пакети та холодні пакети (див. Малюнок нижче) використовують цю властивість. Багато гарячих пакетів використовують хлорид кальцію, який виділяє тепло при його розчиненні, згідно з рівнянням нижче.

    \[\ce{CaCl_2} \left (s \right) \rightarrow \ce{Ca^{2+}} \left( aq \right) + 2 \ce{Cl^-} \left( aq \right) + 82.8 \: \text{kJ}\nonumber \]

    Молярне тепло розчину\(\left( \Delta H_\text{soln} \right)\) речовини - це тепло, поглинене або виділяється при розчиненні однієї молі речовини у воді. Для хлориду кальцію,\(\Delta H_\text{soln} = -82.8 \: \text{kJ/mol}\).

    Миттєвий гарячий пакет (зліва) та миттєвий холодний пакет (праворуч).
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Хімічні гарячі пакети і холодні пакети працюють через нагрівання розчину хімічних речовин всередині них. Коли мішок стискається, внутрішній мішечок лопається, дозволяючи хімічній речовині розчинятися у воді. Тепло виділяється в гарячій упаковці і поглинається в холодній упаковці. (КУБ.СМ ПО-НК; К-12)

    У багатьох холодних упаковках використовується аміачна селітра, яка поглинає тепло з навколишнього середовища при його розчиненні.

    \[\ce{NH_4NO_3} \left( s \right) + 25.7 \: \text{kJ} \rightarrow \ce{NH_4^+} \left( aq \right) + \ce{NO_3^-} \left( aq \right)\nonumber \]

    Холодні пакети зазвичай використовуються для лікування м'язових напружень і хворих суглобів. Холодний пакет активується і прикладається до ураженої ділянки. У міру розчинення аміачної селітри вона поглинає тепло з організму і допомагає обмежити набряки. Для аміачної селітри,\(\Delta H_\text{soln} = 25.7 \: \text{kJ/mol}\).

    Приклад\(\PageIndex{1}\)

    Молярна теплота розчину,\(\Delta H_\text{soln}\), з\(\ce{NaOH}\) є\(-44.51 \: \text{kJ/mol}\). У певному експерименті\(50.0 \: \text{g}\) з повністю\(\ce{NaOH}\) розчиняється у\(20.0^\text{o} \text{C}\) воді в\(1.000 \: \text{L}\) пінопластовій чашці калориметра. Припускаючи відсутність тепловтрат, розрахуйте кінцеву температуру води.

    Рішення
    Крок 1: Перерахуйте відомі величини та плануйте проблему.
    Відомий
    • Маса\(\ce{NaOH} = 50.0 \: \text{g}\)
    • Молярна маса\(\ce{NaOH} = 40.00 \: \text{g/mol}\)
    • \(\Delta H_\text{soln} \: \left( \ce{NaOH} \right) = -44.51 \: \text{kJ/mol}\)
    • Маса\(\ce{H_2O} = 1.000 \: \text{kg} = 1000. \: \text{g}\) (передбачає щільність\(= 1.00 \: \text{g/mL}\))
    • \(T_\text{initial} \: \left( \ce{H_2O} \right) = 20.0^\text{o} \text{C}\)
    • \(c_p \: \left( \ce{H_2O} \right) = 4.18 \: \text{J/g}^\text{o} \text{C}\)
    Невідомий

    Це багатоетапна проблема:

    1)\(\ce{NaOH}\) Грами перетворюються на родимки.

    2) Кроти множать на молярну теплоту розчину.

    3) Джоулі теплоти, що виділяється в процесі розчинення, використовують з питомим рівнянням теплоємності і загальною масою розчину для розрахунку\(\Delta T\).

    4)\(T_\text{final}\) Визначається з\(\Delta T\).

    Крок 2: Вирішіть.

    \[50.0 \: \text{g} \: \ce{NaOH} \times \frac{1 \: \text{mol} \: \ce{NaOH}}{40.00 \: \text{g} \: \ce{NaOH}} \times \frac{-44.51 \: \text{kJ}}{1 \: \text{mol} \: \ce{NaOH}} \times \frac{1000 \: \text{J}}{1 \: \text{kJ}} = -5.56 \times 10^4 \: \text{J}\nonumber \]

    \[\Delta T = \frac{\Delta H}{c_p \times m} = \frac{-5.56 \times 10^4 \: \text{J}}{4.18 \: \text{J/g}^\text{o} \text{C} \times 1050 \: \text{g}} = 13.2^\text{o} \text{C}\nonumber \]

    \[T_\text{final} = 20.0^\text{o} \text{C} + 13.2^\text{o} \text{C} = 33.2^\text{o} \text{C}\nonumber \]

    Крок 3: Подумайте про свій результат.

    Процес розчинення виділяє велику кількість тепла, через що температура розчину підвищується. Необхідно дотримуватися обережності при приготуванні концентрованих розчинів гідроксиду натрію, через велику кількість виділяється тепла.

    Резюме

    • Молярне тепло розчину\(\left( \Delta H_\text{soln} \right)\) речовини - це тепло, поглинене або виділяється при розчиненні однієї молі речовини у воді.
    • Наведено зразки розрахунків з використанням молярної теплоти розчину.