КОМАНДА «3 МОЛЬ»Игровой номер 1409

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.

Химик не такой должен быть, которыйДальше дыму и пеплу ничего не видит, а такой,Который на основании опытных данных Может делать теоретические выводы.М.В. Ломоносов.

Объектная область исследования: химическая термодинамика

Объект исследования : процесс растворения веществ

Предмет исследования : тепловые явления при растворении веществ в водеЦель 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.

СВАНТЕ АРРЕНИУС

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.

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.

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).

Процесс взаимодействия растворителя и растворённого

вещества называется сольватацией. Если растворителем является вода -

гидратацией.

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.

Хлорид натрияВода 20 С0

19.5С0

Гидрокарбонат

натрия

Карбонат натрия

Лимонная кислота

Сахароза Глицерин Ацетон

В-во

Карбонат

натрия

Гидро-карбона

т натрия

Хлорид натрия

Лимонная

кислота

Сахароза

Глицерин

Ацетон

t р-ра0С

23.5 18.5 19.5 18.5 20 22 25

Q +Q -Q незначительн

о

-Q - +Q +Q

1.Температура при растворении карбоната натрия повышаетсяиз-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.

.

Результаты проведённых опытов

Интерпретация результатов

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.

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

Исследование температуры плавления водно-солевой смеси

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.

Выводы1) 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.

№ Формулировка задания Баллы1 Гидратированные хлорид -ионы образуются при диссоциации в водном

растворе: а) CHCl3 б) NaCl в) HClO4 г) Ca(ClO)2

1

2 Реакцию, уравнение которой 2H2O + 2Na = 2NaOH + H2 + Qотносят к реакциям : а) замещения, экзотермическим б) разложения,экзотермическим в) присоединения, эндотермическим г) обмена, экзотермическим

2

3 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

7

4 Как, имея воду и термометр, распознать вещества: нитрат аммония, гидроксид цезия, глюкоза. Опишите способ.

3

Максимальная сумма баллов (А) 13

№ п/пучащегося

Количество набранных баллов Итого баллов

(В)

% выполнения (А/В)*100%Задание

№1Задание

№2Задание

№3Задание

№4

1 1 1 5 3 10 77

2 1 2 6 3 11 85

3 1 1 5 3 10 77

4 1 1 4 2 8 62

Общий процент в.олнения тестовых заданий учащимися 75

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».

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.

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.

ПРИМЕР ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ ТЕПЛОВОГО ЭФФЕКТА

смеси снега или льда с солью :

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.