1.3. Лабораторная работа 2. Определение теплоты гидратации кристаллогидрата сульфата меди CuSo45h2o.

Цель работы – определение теплоты гидратации кристаллогидрата сульфата меди CuSO₄5H₂O.

Количество теплоты, которое затрачивается на образование 1 моль твердого кристаллогидрата из твердой безводной соли и соответствующего количества молей воды, называют теплотой гидратообразования. Значение теплоты гидратообразования напрямую определить очень сложно. Эту величину находят расчетным путем по закону Гесса, по разности интегральных энтальпий растворения кристаллогидрата и безводной соли, взятых в таких количествах, чтобы полученный раствор в обоих случаях имел одинаковую концентрацию. Например:

Измерив экспериментально в калориметре иможно рассчитать теплоту гидратообразования сульфата меди

Приборы и реактивы

1. Калориметрическая система (модули «Термостат» и «Универсальный контроллер» учебно-лабораторного комплекса «Химия»),

2. KCl g₃ 2,0 0,1 г.,

3. безводный g₂ 0.6 0,1 г.,

4. g₁ 1 0,1 г.

Порядок выполнения работы.

1. В калориметрический стакан необходимо налить 100 мл воды. Для проведения опыта в предварительно взвешенные пробирки, помещают навески: g₁ 10,1 г кристаллогидрата сульфата меди , g₂ 0.60,1 г свежепрокаленного безводного сульфата меди (порошок белого или бледно желтого цвета) и g₃ 2,0 0,1 г хлорида калия.

2. Включить контроллер и запустить программу управления – elsms2.exe.

3. В появившемся окне инициализации («Добро пожаловать в УЛК») необходимо выбрать вариант работы – «Работа с контроллером» (см. рис. 1.5.) и войти в программу управления путём нажатия кнопки «Вход».

Рис.1.3. Окно инициализации программы управления.

4. Далее попадаем в окно управления программой. Включаем термодатчик (1-й или 2-й измерительный каналы) и активируем контроллер.

5. При проведении эксперимента измеряется температура, поэтому нужно установить в соответствующем окне интервал измерений и число измерений (см. рис. 1.6).

Рис.1.6. Окно параметров эксперимента.

6. Так как измерение проводится при перемешивании, необходимо установить интенсивность перемешивания (рекомендуется – 3) и включить мешалку кнопкой «Мешалка»

7. В ходе проведения работы необходимо провести три опыта, поэтому для каждого эксперимента необходимо указывать, например, массу навески (тогда в правом верхнем углу графика будет указана масса навески). Для этого в группе элементов «Дополнительный параметр» необходимо выбрать пункт «Общий» и в поле «Значение» указать массу навески. Размерность указывается поле «Размерность».

8. Определение постоянной калориметра. Для этого стакан, в который налито 100 мл воды, установить в калориметр и закрыть крышкой с укреплённым в ней датчиком температуры. В отверстие крышки вставить специальную пробирку, в которую предварительно насыпано 1 г измельчённой соли KCl. Измерение начинают включением кнопки «Измерение» (см. рис. 1.6). При этом появится окно состояния измерения – «Обмен данными с контроллером» рис. 1.7.

9. Предварительный период опыта сводится к выходу калориметрической системы на стационарный режим. По истечении 1-2 мин равномерного хода температуры засыпают взвешенную соль KCl в калориметр.

Рис.1.7. Окно «Обмен данными с контроллером»

10. Главный период. Растворение соли сопровождается скачкообразным изменением температуры.

11. Заключительный период. После полного растворения соли необходимо дождаться установления плавного и равномерного хода температуры в течение 3-5 мин и остановить измерение путём нажатия кнопки «СТОП» (см. рис. 1.7). При этом экспериментальные данные автоматически запоминаются и установка переходит в режим управления.

12. Для проведения дальнейших измерений необходимо установить пробирку с безводным сульфатом меди CuSO₄, а затем с водным – CuSO₄*5H₂O.

13. Нажать кнопку «Текущее состояние» и выполнить работу согласно пунктов 4-10.

14. Обработка результатов эксперимента. После проведения всех экспериментов получены первичные данные зависимости температуры от времени, хранящиеся в памяти. Для построения графиков необходимо перейти на экран «Графики» (см. рис. 1.8, 1.9). Добавление графика осуществляется нажатием кнопки [«Зелёный плюс»]. В специальном окне, в котором определяется соответствие между координатами графика и данными, полученными на измерительных каналах, необходимо выбрать для оси абсцисс (X) «Время», а для оси ординат (Y) – требуемый канал (в нашем случае – «1. Термодатчик»).

Рис.1.8. Окно выбора соответствия между координатами графика и данными.

Рис.1.9. Окно «Графики»

Остальные графики строятся аналогично. В дальнейшем переключение между графиками осуществляется клавишами «<» и «>» в правой части управляющей палитры. Там же отображается и номер эксперимента. Величина навески отображается в правом верхнем углу графика.

15. Необходимые линии для определения ΔT проводят следующим образом. Нажать кнопку «Прямая линия», подвести курсор к соответствующей точке графика и, нажав один раз левую клавишу мышки, установить начальную точку прямой (см. рис. 1.10), затем провести прямую по точкам. Зафиксировать линию нужно повторным нажатием кнопки (для отмены – нажать правой клавишей мыши). Для измерения ΔT, вначале убираем «галочку» в поле «Измерения на суммарный график», а затем проводим вертикальную линию до пересечения с линиями предварительного и заключительного периодов. Для этого нажимаем кнопку «Линейка», устанавливаем курсор на одной из линий и проводим вертикальную прямую. В секторе «Результат» «dY» появится значение ΔT.

Рис.1.10. Окно «Графики» при измерении температурного скачка

Примечание: Изменить масштаб графика можно с помощью кнопок, расположенных в левом верхнем углу окна. Проведённые линии можно убрать, используя соответствующие режимы. В режиме «Прямая линия» подвести курсор к линии и нажать правую кнопку мыши.

16. Полученные графики могут быть распечатаны на принтере с сохранением выбранного масштаба и элементов оформления. Для этого необходимо перейти в окно «Отчёт» и выбрать требуемые для печати графики, рис. 1.11.

Рис.1.11. Окно «Отчёт».

17. Используя измеренные величины температурных скачков ΔT, рассчитать постоянную калориметра и мольные энтальпии растворения кристаллогидрата и безводной солив воде по ур. (1.10). По закону Гесса рассчитывают теплоту гидратообразованияCuSO₄ . Полученный результат необходимо сравнить со справочным

Оформление результатов.

Результаты лабораторной работы необходимо оформить в виде отчёта в формате Microsoft Word и распечатать. Отчёт должен содержать краткое изложение теоретических основ, хода работы и полученных результатов.