Работа с газовой горелкой

Для нагревания в лаборатории применяют газовые горелки, в которых сжигают природный газ (в основном метан - СН₄). Необходимо помнить, что утечка газа не допускается. Следите за правильным использованием газовой горелки.

Газовая горелка Теклю (рис.1) состоит из трубки (1), диска (2) и подставки (3) с боковым патрубком (4). На боковой патрубок одевается каучуковая трубка, которая через газовый кран соединяет горелку с газовой сетью (трубой). Диск, который может вращаться по боковой нарезке, образуя различной величины зазор (щель) с трубкой, служит для регулирования притока воздуха в горелку.

Рис.1. Горелка Теклю и строение пламени:

  1 - трубка; 2 - диск, регулирующий подачу воздуха;

  3 - подставка; 4 - боковой патрубок или вентиль,  

                       регулирующий подачу газа

При недостаточном доступе воздуха происходит неполное сгорание газа, отчего пламя светится и коптит. Таким пламенем пользоваться нельзя. Для зажигания горелки нужно открыть газовый кран и поднести к верхней его части зажженную спичку. Чтобы выключить (потушить) горелку, необходимо закрыть газовый кран. Нельзя тушить горелку, задувая пламя. При слишком большом притоке воздуха пламя может погаснуть в верхней части горелки и “проскочить“ внутрь горелки, к самому отверстию подставки. “Проскок” пламени необходимо ликвидировать, для чего закрыть газовый кран, дать горелке остыть, поворотом диска уменьшить доступ воздуха и вновь зажечь её. В правильно отрегулированном пламени горелки можно различить три зоны: внутреннюю, среднюю и наружную, имеющие различные температуры.

Первая помощь при ожогах и порезах

1. Работающий в лаборатории должен знать, где находится аптечка первой помощи.

2. При ожогах водяным паром, горячими предметами, брызгами горячей воды и т.д. смазывают пораженное место 5-10% раствором перманганата калия.

3. При попадании кислоты или щелочи на руки (одежду) следует смыть их водой, а затем кислоту нейтрализовать 5% раствором бикарбоната натрия, а щелочь - 5% раствором борной кислоты или 2% раствором уксусной кислоты.

4. При попадании химических реактивов на лицо или в глаза необходимо сразу промыть их большим количеством воды, а затем, если необходимо, обратиться за помощью в поликлинику.

5. При порезах необходимо убедиться, нет ли в ране осколков стекла. При небольших порезах смазывают йодной настойкой края порезов, останавливают кровотечение, залив рану 10% раствором хлорида железа (III) или 3% раствором перекиси водорода. Затем накладывают стерильную повязку.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВОГО ЭФФЕКТА И      

ЭНТАЛЬПИИ РЕАКЦИИ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ

Цель работы: знакомство с методикой определения термодинамических величин; освоение техники работы с весами и термометром.

Оборудование: калориметр,  растворы HCl (1 моль/л) и NaOH (1 моль/л), бюретки, весы, термометр, стеклянная палочка, воронка.

Литература: Н.Л.Глинка. Общая химия. §§ 54-56, 66, 68.

Теоретическая часть

Важнейшими величинами, характеризующими состояние химической системы, являются внутренняя энергия (U), энтальпия (Н), энтропия (S) и энергия Гиббса (G).

Внутренняя энергия - полная энергия частиц, составляющих данное вещество. Если система переходит из состояния 1 в состояние 2, поглощая теплоту Q и совершая работу А, то

         U₂ = U₁ + Q – A или DU = Q - A                             (1)

Уравнение (1) выражает закон сохранения энергии.

Энтальпия - функция состояния системы, равная

                                         Н = U + pV                                             (2)

Энтальпия, как и внутренняя энергия, характеризует энергетическое состояние вещества, но включает энергию, затрачиваемую на преодоление внешнего давления. При постоянном внешнем давлении р и при условии, что системой совершается только работа расширения

A = p×DV

                                        DН = DU + pDV                          (3)

Из уравнений (1) и (3) следует, что при р = const

                       DН = Q_p                                         (4)

где Q_p - теплота, поглощаемая системой при постоянном давлении. Уравнение (4) позволяет определять DН при различных процессах. Так, при нагревании вещества его изменение энтальпии будет равно

                                    DН = Q_p = n×c_p×DT                           (5)

где n - число молей вещества; 

c_p - мольная теплоемкость вещества при р = const;

DT - изменение температуры.

В химической реакции DН равно взятому с обратным знаком тепловому эффекту реакции Q_p, проведенной при р = const и Т = const.

Для удобства сопоставления термодинамических величин различных реакций принято сравнивать их значения в стандартных условиях (чистое состояние для индивидуальных веществ; концентрация, равная 1 моль в 1000 г растворителя для растворов; р = 101325 Па или 760 мм рт.ст. для газов; Т = 298 К или 25 ^оС). Состояние вещества в стандартных условиях называется стандартным состоянием.

Изменение внутренней энергии или энтальпии систем в стандартных условиях называются  стандартными изменениями и обозначаются DU⁰ и DН⁰.

Химические уравнения, в которых указаны изменения энтальпии DН^о (тепловые эффекты реакций), называются термохимическими уравнениями. Тепловой эффект реакции Q относят к 1 молю вещества при Т = 298 К и р = 101325 Па и выражают в кДж.

По закону Гесса стандартное изменение энтальпии реакции (сокращенно: стандартная энтальпия реакции) равна сумме стандартных энтальпий образования продуктов реакции минус сумма стандартных энтальпий образования исходных веществ.

DН^о реакции = SDН^о_обр^{продукты реакции} - SDН^о_обр^{исходные вещества}

Для экзотермических процессов (с выделением энергии) DН <0, для эндотермических (с поглощением энергии) DН >0.

В реакциях между растворами сильных кислот и щелочей всегда выделяется одно и то же количество тепла в расчете на 1 моль образующейся воды (примерно 57,6 кДж/моль). Например,

NaOH + HCl = NaCl + H₂O    DН = -57,53 кДж/моль

KOH + HNO₃ = KNO₃ + H₂O  DН = -57,61 кДж/моль

Уменьшение энтальпии в этих реакциях свидетельствует о том, что сумма энергий связи в продуктах реакции выше суммы энергий связи исходных веществ. Этот факт служит одним из доказательств ионного характера солей, кислот и щелочей и распада на ионы молекул веществ при растворении их в воде. Действительно, постоянство теплового эффекта в указанных выше реакциях можно объяснить только тем, что сильные кислоты, щелочи и хорошо растворимые в воде соли полностью диссоциируют на ионы. В противном случае, величина теплоты нейтрализации зависела бы от энтальпии образования кислот, гидроксидов и солей.

Одинаковая величина теплоты нейтрализации в реакциях между сильными кислотами и щелочами свидетельствует о том, что во всех случаях происходит одна и та же реакция - образование связи Н-ОН по реакции

Н⁺ + ОН^- = Н₂О

Определение тепловых эффектов реакций производят в калориметрах различных конструкций.

Рис.2. Калориметрическая установка:

 1 – калориметрический стакан; 2 - внешний стакан;

 3 – выступ; 4 – крышка; 5 – термометр; 6 – воронка;

 7 – мешалка.

Величину DН реакции нейтрализации можно вычислить по закону Гесса. Например, для реакции

HCl_р-р + NaOH_р-р = NaCl_р-р + H₂O_ж

DН^о_нейтр = (DН^о_обрNaCl_р-р + DН^о_обрH₂O_ж) - (DН^о_обрHCl_р-р + DН^о_обрNaOH_р-р) = DН^о_обрNa⁺_(водн) +DН^о_обрCl_-(водн) + DН^о_обрH₂O_(ж) - DН^о_обрH⁺_(водн) - DН^о_обрCl^-_(водн) - DН^о_обрNa⁺_(водн) - DН^о_обрОН^-_(водн) = DН^о_обрH₂O_(ж) - DН^о_обрH⁺_(водн) - DН^о_обрОН^-_(водн) = -57,53 кДж/моль

Низкое значение DН реакции взаимодействия ионов Н⁺ и ОН^- показывает, что равновесие этой реакции сильно смещено в сторону образования молекул воды.