Лабораторная работа. Равновесие реакции диссоциации карбоната кальция - файл n1.docx

Лабораторная работа. Равновесие реакции диссоциации карбоната кальция
скачать (87.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.docx88kb.03.11.2012 08:51скачать

n1.docx

Диссоциация карбоната кальция

Цель работы получение зависимости давления диссоциации CaCO3 от температуры.

  1. Теоретическая часть

Диссоциация химических соединений, при повышении температуры, объясняется тем, что кинетическая энергия тепловых колебаний атомов превышает энергию химической связи между ними. Значит, в результате исследования процессов диссоциации, можно сделать вывод о термодинамической прочности химических соединений, выяснить условия их образования и разложения.

В результате обжига известняка и доломита – природных соединений кальция и магния –выделяется газообразный диоксид углерода.

Углекислые соли диссоциируют по обратимой реакции с поглощением тепла. В данном случае

CaCO3= CaO +CO2, H0298=+178кДж

Растворимость твёрдого карбоната (CaCO3) и оксида (CaO) друг в друге очень мала, поэтому эта равновесная двух компонентная система состоит из двух конденсированных фаз (CaCO3 и CaO) и газообразной (CO2), то есть

C=K+2-Ф=2+2-3=1

Степень свободы равняется единице. Это означает, что всякой заданной температуре соответствует определённая упругость диссоциации карбоната. Так как реакция диссоциации карбоната обратима, то по закону действующих масс условие равновесия этой системы можно записать следующим образом

Кр=(fco2*aCaO)/aCaCO3 ,

где Кр-константа равновесия данной реакции

fCO2-фугитивность (летучесть) углекислого газа

aCaO и aCaCO3-активности оксида и карбоната соответственно
Так как взаимная растворимость CaO и CaCO3 мала, то во время диссоциации имеет место переход одного насыщенного раствора в другой, таким образом, в качестве стандартного состояния для определения активности этих веществ могут быть выбраны чистые CaO и CaCO3, а активности в этом случае можно принять равными 1 (aCaO=1 и aCaCO3=1).

Для не очень больших давлений и достаточно высоких температур летучесть газа (CO2) практически равна его давлению, следовательно, константа равновесия имеет вид kp=pCO2=f(т). То есть существование карбоната зависит только от величины парциального давления углекислого газа и не зависит от количественного соотношения конденсированных веществ, составляющих систему. Парциальное давление CO2 соответствующее равновесию системы, называется упругостью диссоциации углекислой соли. Чем меньше упругость диссоциации, тем более термодинамически устойчив (прочнее) карбонат. С изменением температуры меняется и упругость диссоциации.

При повышении температуры Pco2 равновесное увеличивается и достигает парциального давления фактического. Температура при которой эти давления равны, соответствует началу процесса разложения и называется температурой начала разложения. Температуру, при которой давление диссоциации карбоната становится равным общему давлению в системе, называют температурой химического кипения.

Кривая РCO2=f(т) делит поле диаграммы на две области. Область выше кривой, соответствует условиям, при которых карбонат устойчив и процесс должен идти в сторону его образования до полного исчезновения оксида кальция.Ниже кривой область имеет парциальное давление меньше давления диссоциации, карбонат неустойчив и будет диссоциировать.

  1. Методика исследования, экспериментальная установка и проведение опыта.

Методика исследования основана на непосредственном измерении равновесных давлений углекислого газа.

схема установки 5
Установка состоит из реакционной трубки 1, помещенной в горизонтальную трубчатую печь 2, крана 6, колпачка 4. Температура и давление в реакционной зоне контролируются соответственно термопарой 5 с вольтметром 9. Первоначальный вакуум в системе создаётся форвакуумным насосом 7. Сила тока автотрансформатора 3 регистрируется амперметром 8.

Лодочку с порошком СаСО3 поместили в реакционную трубку. Включили печь и задали указанный ток нагрева.

При температуре 550К, поддерживая её постоянной, закрывали реакционную трубку колпачком. Установив кран 6 в положение «насос» включили насос и откачали воздух из системы. Проверили установку на герметичность: для этого повернули кран 6 в положение «нейтраль», затем во избежании засасывания из насоса в систему масла поворотом крана 6 в положение «атмосфера» соединили входную часть насоса с атмосферой.

По достижению атмосферного давления выключили печь. Поворотом крана 6 соединили реакционную трубку с атмосферой.

  1. Результаты эксперимента и их обработка.

Экспериментальные данные:

Температура, 0С

Напряжение, мВ

Давление РСО2, атм

550

22,01

0

600

24,14

0

650

26,26

0,005

700

28,37

0,024

750

30,45

0,076

800

32,52

0,21

850

34,55

0,45

900

36,56

0,82

910

36,96

0,95

920

37,36

1


Теоретические данные:

Температура, 0С

Давление РСО2, атм

550

0

600

0,005

650

0,006

700

0,020

750

0,060

800

0,158

850

0,383

900

0,861

910

1

920

1


Для интервала температур 850oC–900oC или 1123К?1173К определим среднее значение теплового эффекта Нср. Используя уравнение изобары, получаем:

dlnPco2/dT=Н0/RT2 ;

; Н0ср= Н02=H01 ;

lnP(2) co2- lnP(1) co2=;

;

Н0ср = ln(1/0,45)8,31/();

Н0теор = ln(1/0,383)8,31/();
Нср.=174,8кДж/моль;

Нтеор=210 кДж/моль.

Выводы: По опытным данным для указанного интервала температур мы определили среднее значение теплового эффекта реакции Нср=174,8кДж/моль, сделав допущение, что Н0 величина постоянная и не зависящая от температуры.

Из построенного графика Рсо2=f(T) видно, что экспериментальная кривая практически совпадает с теоретической. Несовпадения связаны

  1. С погрешностью измерительных приборов.

  2. Неаккуратной калибровкой приборов.

Различия в величинах Н существенные, что является результатом погрешности и неточности проведения опыта.

Было выяснено что температура начала разложения СаСО3 6000 С, при температуре 9200 С давление достигло 1 атм.

Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации