Выполнение опыта (опыт выполняют 2 студента)

Получить соль, записать в отчет массу соли m_соли и массу стеклянных

частей прибора m_ст. (указана на штативе калориметра).

Работа проводится на приборе – калориметре, схема которого изображена на рис. 3.1.

Основными частями калориметра являются три емкости (4) – стаканы, вставленные один в другой. Внутренний стакан предназначен для растворения соли, два других – для термоизоляции. В крышке калориметра имеются три отверстия: для термометра (2), воронки (6) и мешалки (7). На металлическом основании (5) калориметра установлена стойка (1) с кронштейнами для крепления термометра и электродвигателя мешалки (3).

Рис. 3.1. Схема калориметра

Отмерить цилиндром и влить через воронку во внутренний стакан калориметра 200 см³ дистиллированной воды, после чего воронку вынуть и заменить ее на воронку для сыпучих материалов.

Включить прибор в сеть. Тумблером «вкл.» включить мешалку и произвести 5 – 6 измерений температуры воды до ее постоянного значения с интервалом 0,5 мин. Продолжая измерение температуры через каждые полминуты, всыпать в воду подготовленную навеску соли и произвести 15- 20 измерений температуры.

Результаты измерений температуры во времени занести в таблицу.

τ, с
t,оС

Наблюдения и выводы

1. По полученным данным построить график t =f (τ), откладывая на оси абсцисс время τ (мин), а на оси ординат – температуру t (^o C) (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Графический метод определения изменения температуры во время калориметрического опыта: а) экзотермическоерастворение;

б) эндотермическое растворение

Весь калориметрический процесс делится на три периода:

1) предварительный;

2) главный – процесс растворения соли;

3) заключительный.

После внесения всех опытных данных при экзотермическом растворении на графике получается кривая АВДЕ, где АВ – предварительный период, ВД – главный, ДЕ – заключительный. Время главного периода разделить пополам (точка С). Из точки С восстановить перпендикуляр и произвести экстраполяцию прямолинейных участков АВ и ДЕ на этот перпендикуляр. Отрезок между точками КF, выраженный в градусах, есть изменение температуры ∆t, вызванное процессом. Аналогично строится график при эндотермическом растворении соли (рис. 3.2 б).

2. На основании полученных данных по ∆t рассчитать количество теплоты, выделившейся или поглощенной в калориметре в процессе растворения соли Q, по формуле:

Q = [ C_cт m_cт + С_р-ра (m_{Н О} + m_cоли) ] ∆t, (3.3)

где m_cт – масса стеклянных частей прибора, г;

C_cт – удельная теплоемкость стекла, равная 0,753 Дж/г К;

m_{Н О} - масса воды, г;

m_соли – масса соли,г;

С_р-ра – удельная теплоемкость раствора, равная 4,18 Дж/г К;

∆t – изменение температуры при растворении соли.

3. Рассчитать стандартную теплоту растворения соли ∆_раст. Н^о(298К) по формуле

Q М_соли

∆_раст. Н^о (298К) = - --------------- ; (кДж/моль), (3.4)

m_cоли 1000

где М_соли – молярная масса соли, г/моль.

4. Полученный результат сравнить с теоретическим значением

∆_раст. Н^о (298К) соли и рассчитать абсолютную и относительную ошибки опыта.

Опыт 2. Определение теплоты гидратообразования сульфата меди

(опыт выполняют 2 студента)

Теплотой гидратообразования называется количество тепла, которое выделяется при образования одного моля твердого кристаллогидрата из твердой безводной соли и соответствующего количества воды.

Теплоту образования кристаллогидратов непосредственно опытным путем определить невозможно. Ее находят расчетным путем, основываясь на законе Гесса и калориметрических данных по теплотам растворения безводной соли и кристаллогидрата в больших количествах воды.

Установим связь между теплотой образования кристаллогидрата сульфата меди и теплотами растворения безводного СuSO₄ и кристаллогидрата сульфата меди:

СuSO₄ + nН₂О = СuSO₄ 5Н₂О aq ; ∆_r H^o (298К, 1) ; (3.5)

СuSO₄ 5Н₂О + (n – 5) Н₂О = СuSO₄ 5Н₂О aq ; ∆_r H^o (298К, 2). (3.6)

Вычитая из первого уравнения второе, получим уравнение

СuSO₄ + 5Н₂О = СuSO₄ 5Н₂О; ∆_r H^o (298К, 3) , (3.7)

тогда

∆_r H^o (298К, 3) = ∆_r H^o (298К, 1) - ∆_r H^o (298К, 2). (3.8)

Измерив опытным путем ; ∆_r H^o(298К,1) и ∆_r H^o(298К,2) (см. опыт 1), можно рассчитать теплоту гидратообразования СuSO₄.