Відповіді на вправи: 27

27. Як ви вважаєте, чому краплини води на деяких листках та інших поверхнях набувають форми кулі? Чому краплі дощу «скочуються» з листя лотоса, проте затримуються на шкірі?

Через водневі зв’язки між молекулами вода має сильний поверхневий натяг, тому краплі прагнуть набути кулястої форми. З листя лотоса краплі скочуються, бо його поверхня погано змочується водою. На шкірі вода затримується, бо краще взаємодіє з її поверхнею.

НАВЧАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ № 2

«Тепловий ефект розчинення»

Мета: визначити тепловий ефект розчинення речовин у воді та встановити, чи виділяється, чи поглинається теплота.

Визначаємо ризики: речовини не можна куштувати й торкатися руками; під час роботи треба користуватися малими кількостями речовин, обережно працювати з термометром і в разі потрапляння розчину на шкіру промити її водою.

План експерименту: у пластиковий стакан налити 50 г води й виміряти початкову температуру; додати 5 г солі; перемішати; виміряти кінцеву температуру; обчислити Δt, Q і ΔH; порівняти результати.

Речовина	m води, г	m речовини, г	t1, °C	t2, °C	Δt, °C
CaCl2	50	5	22	30	+8
NH4NO3	50	5	22	16	–6

Для CaCl2:

m(розчину) = 50 г + 5 г = 55 г;

Δt = 30 – 22 = 8 °C;

Q = C • m • Δt = 4,18 • 55 • 8 = 1839,2 Дж = 1,84 кДж;

M(CaCl2) = 40 + 35,5 • 2 = 111 г/моль;

n = $\frac{5}{111}$ = 0,045 моль;

ΔH = $\frac{-Q}{n}$ = $\frac{-1,84}{0,045}$ = –40,9 кДж/моль.

Для NH4NO3:

m(розчину) = 55 г;

Δt = 16 – 22 = –6 °C;

Q = 4,18 • 55 • (–6) = –1379,4 Дж = –1,38 кДж;

M(NH4NO3) = 14 • 2 + 1 • 4 + 16 • 3 = 80 г/моль;

n = $\frac{5}{80}$ = 0,0625 моль;

ΔH = $\frac{-(-\mathrm{1,38})}{\mathrm{0,0625}}$ = +22,1 кДж/моль.

Висновок: під час розчинення CaCl2 теплота виділяється, тому розчин нагрівається. Під час розчинення NH4NO3 теплота поглинається, тому розчин охолоджується.

1. Чи можна сформулювати принцип: під час розчинення яких солей теплота виділяється, а яких — поглинається?

Загального простого принципу немає, це залежить від природи солі та її взаємодії з водою.

2. Чому у формулі для обчислення теплоти використовують масу всього розчину, а не лише води чи розчиненої речовини? Як це впливає на точність розрахунків?

Бо нагрівається або охолоджується весь розчин, а не лише вода чи розчинена речовина. Так розрахунок точніший.

3. Як ви вважаєте, чи зміниться температура розчину, якщо змінити масу розчиненої речовини, але залишити таку саму масу води?

Так, за більшої маси речовини тепловий ефект буде більшим, тому зміна температури теж буде більшою.

4. Які похибки можуть виникнути під час виконання цього експерименту? Як їх можна уникнути або зменшити?

Втрати теплоти в повітря, неточне зважування, неточне вимірювання температури, неповне розчинення. Їх зменшують використанням калориметра, швидким вимірюванням і ретельним перемішуванням.

5. Чи використовують у побуті розчинення солей із виділенням теплоти?

Так, наприклад у хімічних грілках.

6. Чи впливатиме температура початкової води на кількість теплоти, яка виділяється або поглинається? Обґрунтуйте свою думку.

На значення ΔH істотно не повинна впливати, але може вплинути на точність досліду через різні втрати теплоти.

7. Сформулюйте гіпотезу для пояснення чинників, від яких залежить тепловий ефект розчинення.

Тепловий ефект розчинення залежить від природи речовини, її маси, кількості речовини, температури води та взаємодії частинок речовини з молекулами води.

8. Чому саме воду використовують як розчинник для таких експериментів? Чи можна було б використати інший розчинник? Чи змінився би результат експерименту?

Вода є поширеним полярним розчинником і добре розчиняє багато солей. Інший розчинник можна використати, але результат змінився б, бо взаємодія речовини з розчинником була б іншою.

§ 4. ІСТИННІ РОЗЧИНИ