Методика исследования

В основу экспериментального изучения диссоциации карбоната положен манометрический метод исследования равновесий в неоднородных системах. Карбонат нагревают в реакционном сосуде, из которого предварительно тщательно удален воздух; давление СО₂, образующегося в результате диссоциации карбоната, фиксируют по показаниям вакуумметра ВО-1 с диапазоном измерения от 0 до 0,1МПа и классом точности 0,25.

Рисунок 1- Схема установки для изучения термической диссоциации карбонатов

Установка для проведения опыта, показанная на рисунке 1, состоит из реакционной трубки 1 со шлифом, соединенной при помощи вакуумного трехходового крана 3 с вакуумметром 2. В реакцион­ную трубку, нагреваемую электропечью сопротивления 4, помещают фарфоровую лодочку с порошком карбоната кальция с добавкой ок­сида кальция. Температура печи регулируется автотрансформатором и контролируется термопарой 5 с гальванометром или электронным потенциометром КПС-4. Успешное выполнение эксперимента зависит от полноты удаления воздуха из реакционного пространства. Для этой цели служит форвакуумный насос, присоединенный через вакуумный шланг к трех­ходовому крану 3.

Возможно использование другого конструктивного оформления установки - с вертикально расположенной реакционной трубкой. В этом случае в ней предусмотрен шлиф с отростком, который снаб­жен вакуумным шлифом. В отросток помещают навеску карбоната с добавкой оксида кальция, которую в момент достижения заданной температуры сбрасывают в реакционную трубку, путем поворота отростка на 180.

Перед началом опыта из установки тщательно удаляют воздух, чередуя промывку системы СО₂ и откачку при помощи вакуумного насоса. Для этой цели через кран 3 реакционную трубку поперемен­но соединяют с вакуумным насосом или источником СО₂. Необхо­димо добиться возможно большего разрежения в реакционной труб­ке, после этого при помощи крана 3 реакционную трубку с карбо­натом отключают от вакуумного насоса. Предварительно подготав­ливают тонкоизмельченную смесь карбоната кальция с оксидом и помещают ее в фарфоровую лодочку. Навеска смеси должна состав­лять 3-5 г при объеме реакционной трубки 50-60 мл. После этого лодочку осторожно устанавливают в реакционную трубку и подсое­диняют через шлиф и кран к вакуумному насосу. Затем включают печь сопротивления и постепенно повышают температуру, регулируя ее автотрансформатором или автоматически при помощи потенциометра КСП-4.

По достижении 720°С измеряют давление газа СО₂, образовавшегося при диссоциации карбоната. В дальнейшем давление измеряют (4-6 замеров) при различных заданных температурах (через 20-25°С).

Поскольку давление СО₂ устанавливается не сразу, необходимо при заданной температуре осуществлять выдержку и окончательный замер давления производить после того, как прекратится изменение показаний вакуумметра.

Рекомендуется перед началом опыта тщательно изучить порядок открывания и закрывания крана 3 и во время эксперимента избе­гать резкого перехода от разрежения к атмосферному давлению. Это может вызвать разрушение реакционной трубки.

Обработка результатов исследования

1. Построить график зависимости lg р_СО2от (1/T) на основе экспериментальных и литературных данных. По равновесным давлениям р_СО2методом наименьших квадратов рассчитать уравнение температурной зависимости логарифма константы равновесия реакции от обратной абсолютной температуры: lgр_СО2=А/Т+В. Сравнить полученное уравнение со справочными данными.

2. Рассчитать по экспериментальным данным уравнение темпера­турной зависимости DG⁰ реакции диссоциации карбоната. Построить графики зависимости DG° от Т по экспериментальным и справочным данным.

3. Определить из опытных данных среднее значение теплового эффекта реакции и температуру Т,К, при которой р_СО2=0,1 МПа. Сравнить со Справочными данными.

4. Рассчитать случайную и систематическую ошибки измерений.

5. При большом массиве экспериментальных данных рекомендует­ся использование ЭВМ (по стандартным подпрограммам МНК) с расчетом коэффициента корреляции и доверительного интервала. Доверительный интервал (вероятность 0,95) показать на графиках.

Содержание отчета

1. Краткие сведения о теоретических основах термической диссоциации соединений в конденсированных фазах.

2. Схема лабораторной установки.

3. Таблицы экспериментальных и расчетных результатов.

4. Графики зависимостей lg р_СО2 от (1/Т) и DG⁰ от Т.

5. Расчеты уравнений температурных зависимостей lg К_Ри DG⁰ и ошибок измерений. ^р

6. Распечатки ЭВМ.

7. Выводы по работе.

Контрольное вопросы:

1. Какая реакция изучается в работе?

2. Какие величины можно рассчитать на основании экспериментальных дан­ных?

3. Сформулируйте термодинамическое условие начала диссоциации карбоната кальция.

4. Какой метод исследования положен в основу работы?

5. Какие переменные определяют равновесное состояние системы?

6. Почему для обработки экспериментальных данных взяты координаты lg р_СО2 от (1/Т)?

7. Влияет ли степень дисперсности карбоната и оксида металла на равновесное давление р_СО2?

8. Какой прибор используют для измерения вакуума в системе? Какова его точность? Принцип работы?

9. При каких условиях измеряется давление диссоциации карбонатов: 1) при равномерном нагреве; 2) при изотермических выдержках; 3) при изотермичес­ких выдержках в условиях установившегося давления в системе?

10. Какой метод статистической обработки результатов эксперимента применен в работе? В чем его сущность?

11. Какие величины являются количественными характеристиками термоди­намической прочности химических соединений?