Определение константы калориметра и теплоты нейтрализации
Цель работы: ознакомление с методикой определения константы калориметра по понижению температуры раствора при растворении хлоридов калия или аммония в воде.
Теоретические основы работы
Основной измеряемой величиной при проведении опыта является изменение температуры калориметра ΔТ в результате растворения соли. Измерение ΔТ производят при помощи термометра Бекмана. Особенностью термометра Бекмана является наличие в верхней части его дополнительного резервуара для ртути, с помощью которого можно менять количество ртути в нижнем резервуаре. Это позволяет расширять диапазон измеряемых температур. Шкала термометра Бекмана охватывает интервал температур в 5 К с ценой деления 0,01 К.
Константой калориметра называется количество теплоты, которую необходимо сообщить той части калориметрической установки, которая участвует в теплообмене, чтобы повысить ее температуру на один кельвин.
Константа калориметра рассчитывается по уравнению теплового баланса:
,
(5)
где
ΔН
– молярная интегральная теплота
растворения хлорида калия или хлорида
аммония;
=
18,828∙106
Дж/кмоль;
=15,6∙106
Дж/кмоль; m1
– масса залитой в калориметр воды, кг;
m2
– масса соли, кг; С1
– удельная теплоемкость воды 4,18∙103
Дж/(кг∙К); С2
−
удельная теплоемкость соли, Дж/(кг∙К),
взять из справочника; W
– константа калориметра, Дж/К; ΔТ
- изменение температуры в результате
растворения соли, К; М
– молярная масса соли, кг/кмоль.
П
оскольку
в процессе опыта имеет место теплообмен
калориметра с окружающей средой,
действительное изменение температуры
опыта ΔТ
определяют графически.
Для этого на миллиметровой бумаге строят
график в координатах температура (t,
0С)
– время (τ,
мин). Для эндотермического процесса
получается кривая ABCD
(рис. 2). Участок АВ
называется начальным периодом, ВС
– главным, СD
– конечным. Точки В
и С,
соответствующие начальной и конечной
температурам главного периода, наносят
на ось ординат. Через середину отрезка
В'С'
проводят линию FG.
Пересечение этой линии с кривой ВС
дает точку К.
Параллельно оси ординат через точку К
проводят линию до пересечения с
продолжениями линий АВ
и CD.
Отрезок MN
будет равен определяемой величине ΔТ.
Приборы и материалы: калориметр, термометр Бекмана, мешалка, секундомер, аналитические весы, мерная колба, дистиллированная вода, соль КСl или NH4Cl.
Порядок выполнения работы
1. Получить от преподавателя задание по величине навески соли (навеска задается в пределах 2 – 3,5 г).
2. Налить в калориметр 250 мл дистиллированной воды и опустить в нее термометр Бекмана так, чтобы ртутный резервуар находился полностью в воде. Термометр не должен касаться стенок и дна калориметра.
3. Перемешивая воду, в течение 10 мин записывать показания термометра Бекмана через одну минуту. За это же время приготовить навеску соли. Не прерывая отсчета времени, на 11 мин от начала опыта ввести навеску соли в калориметр и продолжить отсчет температуры во времени еще 5 мин после полного растворения соли.
4. Результаты опыта представить в следующей форме:
формула соли,
навеска соли (кг),
количество воды, взятой для растворения (кг).
Значения измеренной температуры записать в виде табл.1
Таблица 1
Замер |
Время от начала опыта τ, мин |
Температура t, 0С |
1 2 3 . . . и т.д. |
|
|
5. Построить на миллиметровой бумаге график, отложив на оси абсцисс время, а на оси ординат соответствующие показания термометра Бекмана.
6. По уравнению (5) рассчитать константу калориметра W.
7. Объяснить, как использовать полученную тепловую константу калориметра, а затем выполнить вторую часть работы – определение теплоты нейтрализации.