Визначення сталої калориметра

Порядок виконання роботи

1. В склянку заливають 200 г води.

2. Розраховують кількість KNO₃, що припадає на 200 г води, для одержання розчину концентрацією 0,2 - 0,3 Μ.

3. Для визначення маси наважки зважують порожню пробірку, а потім пробірку разом із сіллю з точністю до 0,01 г.

4. Збирають калориметричну установку як показано на рис.1.1.

5. Проводять вимірювання зміни температури у калориметричній системі, яка відбувається внаслідок розчинення солі. При безперервному перемішуванні розчину фіксують зміну температури з точністю до 0,1 °С через кожні 30 с і заносять у робочий зошит. Для визначення точної зміни температури під час досліду процес розчинення умовно поділяють на три періоди:

а) Попередній, який триває до 5 хв.

б) Головний – процес розчинення солі.

в) Заключний – до 5 хвилин.

Рис. 1.2. Графічне визначення температурного перепаду в калориметрі

У попередньому періоді визначають інтенсивність теплообміну калориметра з навколишнім середовищем. Для цього при безперервному перемішуванні води вимірюють її температуру через кожні 30 с. Після встановлення сталої температури, тобто зміна температури через кожні 30 с буде майже однакова (через 5 хв вимірювань), у склянку з водою вносять сіль.

 

В головному періоді не припиняють перемішування розчину до повного розчинення солі, фіксуючи зміну температури кожні 30 с.

Заключний період прийнято вважати з моменту досягнення рівноваги розчинення солі, тобто з моменту припинення зниження температури (тривалість не менше 5 хв).

6. Зміну температури в системі, яка відбувається внаслідок розчинення солі визначають графічно. Для цього на міліметровому папері, будують графік, де на вісі абсцис відкладають час, а на вісі ординат – температуру. На рис. 1.2 показано одну з можливих діаграм, де FА – попередній період, AD – головний і DС – заключний. Для визначення Δ Τ продовжують (пунктиром) лінію попереднього періоду вправо (ділянка АВ), а лінію заключного періоду вліво (ділянка ОD). Через середину головного періоду (точка К) проводять пряму, паралельну вісі ординат, до перетину з пунктирними лініями. Відстань ОВ дорівнює зміні температури D Τ при розчиненні солі з урахуванням теплообміну між калориметром і навколишнім середовищем.

7. Після розчинення солі за зміною температури розчину в калориметрі визначають кількість теплоти, наданої системі (калориметричний тепловий ефект).

 

Опрацювання результатів

 

Калориметричний тепловий ефект розраховують за рівнянням:

(1.10)

де С_p-н – питома теплоємність розчину; m_р-н – маса розчину, W – стала калориметра або водяний еквівалент; D Τ – зміна температури розчину в процесі розчинення.

Водяний еквівалент калориметра (W) являє собою теплоємність калориметричної системи, тобто кількість теплоти, необхідної для нагрівання або охолодження всіх частин калориметра на один градус:

(1.11)

де Σ m – маса частин калориметра, що беруть участь в теплообміні; c_j – питома теплоємність кожної частини калориметра. Отже, водяний еквівалент можна визначити з (1.11) як суму добутків теплоємності кожної з частин калориметра на її мacy крім теплоємності розчину.

Сталу калориметра можна визначити за рівнянням (1.10), якщо ввести в калориметр відому кількість теплоти. Калориметричний тепловий ефект для солі KNO₃ ( Q _KNO3 ) обчислюють за відомою інтегральною теплотою розчинення DH= –35,6 кДж. Калориметричний тепловий ефект для солі KNO₃ буде:

(1.12)

Підставивши отримане значення у формулу (1.10) визначають сталу (водяний еквівалент) калориметра за експериментально визначеним значенням Δ Τ_КNO3:

(1.13)

де c_p – питома теплоємність розчину, яка визначається за питомою теплоємністю води (при 298 К вона становить 4,18 Дж/г×К).

 

Лабораторна робота № 1.2

ВИЗНАЧЕННЯ ІНТЕГРАЛЬНОЇ ТЕПЛОТИ РОЗЧИНЕННЯ

НЕВІДОМОЇ СОЛІ

Порядок виконання роботи

1. Після визначення теплового ефекту розчинення солі KNO₃ калориметр звільняють від розчину, корки висушують, пробірки витирають тампоном з фільтрувального паперу.

2. В пробірку вносять невідому сіль і зважуванням визначають її масу.

3. Збирають калориметричну установку (рис. 1.1) і, відповідно до п. 5, 6, 7 лабораторної роботи № 1.1 здійснюють процес розчинення невідомої солі, будують графік залежності Τ=f(t), визначають стрибок температури Δ Τ та розраховують калориметричний тепловий ефект за формулою (1.10).

 

Опрацювання результатів

 

1. Обчислюють питому теплоту розчинення невідомої солі (теплота розчинення 1 г), Дж/г:

(1.14)

де Q – калориметричний тепловий ефект; m_с – маса солі.

Перевіряють одержаний результат у викладача, порівнюючи з табличним значенням.

2. Знаючи назву солі і, відповідно, її молярну масу, визначають інтегральну теплоту розчинення цієї солі D Н_р, кДж/моль

(1.15)

3. Знайдену інтегральну теплоту розчинення порівнюють з табличним значенням і обчислюють відносну похибку експерименту за формулами (1.16).

; (1.16)

 

Питання для самоперевірки

 

1. Сформулюйте перший закон термодинаміки та наведіть його аналітичний вираз.

2. Дайте визначення внутрішньої енергії системи. Яка функція називається функцією стану?

3. Сформулюйте закон Гесса.

4. Що називається тепловим ефектом хімічної реакції?

5. В яких випадках застосовують закон Гесса для розрахунку теплових ефектів?

6. Які теплові ефекти виникають під час розчинення солі?

7. Що називається теплотою розчинення речовини?

8. Що розуміють під інтегральною і диференціальною теплотами розчинення речовини?

9. В чому суть калориметричного способу вимірювання теплового ефекту?

10. Що таке стала (водяний еквівалент) калориметра і як її визначають?

11. Чому для визначення DТ необхідно накреслити графік зміни температури з часом?

Лабораторна робота № 2