Для охлаждения реакционных растворов в лабораторной практике часто используют охлаждающие смеси. Имеется немало различных рецептов изготовления таких смесей, но наиболее распространенные и легко доступные охлаждающие смеси готовят из различных неорганических солей, воды и снега или льда. Эффективность таких охлаждающих смесей зависит от количества теплоты, которое поглощается при растворении данной соли. Величина энтальпии растворения солей главным образом зависит от энергии (энтальпии в первом приближении) кристаллической решетки этой соли и энтальпии гидратации.
Энергия кристаллической решетки – это изменение внутренней энергии при "разборке" кристалла на исходные структурные единицы (для солей – ионы). Она не может быть измерена напрямую, но ее можно связать с другими энергетическими величинами, используя цикл Борна‑Габера, в основе которого лежит закон Гесса.
В приведенной ниже таблице представлены справочные термодинамические величины, которые Вам могут понадобиться при ответе на вопросы задачи.
|
Энтальпия образования, ΔfН°, кДж/моль |
|||
|
NaCl |
+4,3 |
NaCl (тв) |
-411 |
|
Na2CO3 |
-23,5 |
CaCl2 (тв) |
-795 |
|
NH4NO3 |
+25,6 |
Потенциалы ионизации, I, кДж/моль |
|
|
MgSO4 |
-84,9 |
||
|
CaCl2 |
-82,9 |
Na(г) → Na+(г) + ē |
+495 |
|
CaCl2 × 6H2O |
+18,1 |
Ca(г) →Ca2+(г) + 2ē |
+1735 |
|
Энтальпия сублимации, Δсуб.Н°, кДж/моль |
Энергия диссоциации, кДж/моль |
||
|
DCl2 |
+244 |
||
|
Na(тв) → Na(г) |
+109 |
Сродство к электрону, кДж/моль |
|
|
Ca(тв) → Ca(г) |
+193 |
ECl |
-349 |
1. Какие из перечисленных в таблице солей можно использовать для приготовления охлаждающих смесей? Какая из них наиболее эффективна для приготовления охлаждающей смеси? Дайте необходимые пояснения.
2. Для наиболее эффективной в приготовлении охлаждающей смеси соли оцените, на сколько градусов изменится температура при растворении 100 г ее в 1 л воды. Теплоемкость полученного раствора примите равной теплоемкости воды (4,2 Дж/(г×К)).
3. При каких значениях ΔrG° процесс протекает самопроизвольно? Как Вы думаете, почему, несмотря на эндотермический эффект растворения солей в воде, они все же растворяются?
4. Запишите выражение, связывающее энтальпии растворения (Δраств.Н°), кристаллической решетки (Δкр.реш.Н°) и гидратации (Δгидр.Н°).
5. Используя данные энтальпий растворения безводного хлорида кальция и его гексагидрата, а также выражение, полученное Вами в пункте 4, попробуйте объяснить, почему энтальпии растворения этих веществ не только сильно различаются, но даже меняют знак.
6. Вычислите энтальпию реакции полной дегидратации гексагидрата хлорида кальция.
7. Используя цикл Борна‑Габера, найдите энтальпии (энергии) кристаллических решеток NaCl и CaCl2.
8. Вычислите энтальпии гидратации солей, указанных в пункте 7.
Решение задачи
