Виконання роботи

Робота 2.1. Визначення теплоємності калориметра.

Мета роботи: визначити теплоємність калориметра ваговим методом.

До складу найпростішого калориметра входять стакан в теплоізоляційній оболонці, мішалка, термометр та калориметрична рідина (рис. 3).

Для визначення теплоємності калориметра на технічних терезах зважують поліетиленовий стакан та скляну паличку-мішалку. Відміряють мірним циліндром 200 мл дистильованої води та наливають її в стакан. Підвішують на штативі термометр, відмічають глибину його занурення у воду і за допомогою мензурки визначають об’єм витісненої води, який дорівнює об’єму зануреної частини термометра.

Теплоємність калориметра розраховують за формулою (2.5) як

, (2.6)

де – загальні теплоємності складових частин калориметра, Дж/К.

Питомі теплоємності складових частин калориметра становлять, Дж/(гК): поліетилен – 2,3; скло – 0,79; вода – 4,18. Середня об’ємна теплоємність скла та ртуті дорівнює 1,9 Дж/(см³К).

Звіт

1. Дані експерименту:

г; 200 г;

г; см³.

2. Розрахунок теплоємності калориметра за формулою (2.6) (одержаний результат скорочується до цілого числа): Дж/К.

Робота 2.2. Визначення інтегральної теплоти розчинення солі.

Мета роботи: визначити інтегральну теплоту розчинення солі у воді та порівняти її з даними довідника.

Зважують на технічних терезах 5 г розтертої в ступці солі (за вказівкою викладача). Для визначення зміни температури внаслідок розчинення спочатку через рівні проміжки часу (наприклад, 15 с) декілька разів вимірюють температуру води в калориметрі, яка має бути сталою (). Після цього у воду висипають сіль і, енергійно перемішуючи розчин до повного розчинення солі, продовжують вимірювання температури через ті самі проміжки часу, поки не отримають три - чотири однакові значення (). Одержані дані записують у таблицю 2.1 (дивись звіт).

Зміну температури визначають за формулою або за графіком (рис. 2) за вказівкою викладача.

Оскільки за формулою (2.4) обчислюють загальну теплоту розчинення, а інтегральна теплота відповідає розчиненню 1 моля речовини, то для визначення останньої загальну теплоту слід поділити на кількість молів розчиненої речовини. Отже, експериментальне значення інтегральної теплоти розчинення солі розраховують за рівнянням, Дж/моль:

, (2.7)

де – молярна маса солі,– маса наважки солі.

Обчислюють моляльну концентрацію одержаного розчину солі та порівнюють експериментальне значення інтегральної теплоти розчинення з даними довідника (теоретичні значення інтегральних теплот розчинення солей у воді за стандартної температури для розчинів різних моляльних концентрацій наведено у довіднику). Визначають відносну похибку експерименту.

Звіт

1. Досліджувана сіль: г/моль.

2. Дані експерименту:

маса солі г; маса водиг.

Таблиця 2.1 – Зміна температури в процесі розчинення солі

, с	0	15	30	45	60	75	90	…
, 0С

3. Визначення зміни температури: =К.

4. Розрахунок інтегральної теплоти розчинення за (2.7) (результат скорочується до десятих): кДж/моль.

5. Обчислення моляльної концентрації розчину: моль/кг.

6. Визначення теоретичного значення інтегральної теплоти розчинення за довідником: кДж/моль.

7. Розрахунок відносної похибки експерименту: %.

8. Висновок.

Робота 2.3. Визначення теплоти утворення кристалогідрату солі.

Мета роботи: визначити інтегральну теплоту розчинення безводної солі та її кристалогідрату, обчислити теплоту утворення кристалогідрату.

Зважують на технічних терезах 5 г кристалогідрату CuSO₄5H₂O і розчиняють його у 200 г води, вимірюючи температуру так, як описано в роботі 2.2. Обчислюють інтегральну теплоту розчинення CuSO₄5H₂O. Розраховують таку масу наважки CuSO₄, щоб внаслідок її розчинення у 200 г води утворився розчин такої самої моляльної концентрації, як і при розчиненні 5 г CuSO₄5H₂O. Зважують розраховану кількість безводної солі, розчиняють її у воді та обчислюють інтегральну теплоту розчинення. Визначають теплоту утворення CuSO₄5H₂O за формулою (2.2) та порівнюють її значення з даними довідника.

Звіт оформлюють як у роботі 2.2 окремо для кожної солі.

Робота 2.4. Визначення теплоти нейтралізації сильних та слабких кислот.

Мета роботи: визначити теплоту нейтралізації сильної та слабкої одноосновних кислот, теплоту дисоціації слабкої кислоти і порівняти їх з даними довідника.

В разі необхідності визначають теплоємність калориметра (робота 2.1).

В той стакан, який входить до складу калориметра і має теплоізоляцію, наливають 100 мл 0,25 - нормального розчину кислоти (за вказівкою викладача), а в інший – 100 мл 0,25 - нормального розчину лугу (також за вказівкою викладача). Спочатку вимірюють температуру розчину лугу (4 – 5 замірів, наприклад, через кожні 15 с). Після цього термометр виймають з розчину лугу, промивають водою, витирають насухо фільтрувальним папером, занурюють у розчин кислоти і так само вимірюють декілька разів його температуру. Виливають розчин лугу в стакан з кислотою і, перемішуючи, продовжують вимірювання температури утвореного розчину, фіксуючи покази термометра через такі самі проміжки часу до тих пір, поки не одержать 4 – 5 однакових значень. Результати вимірювань записують у табл. 2.2 (див. звіт).

Теплоту нейтралізації розраховують за формулою:

, (2.8)

де – це кількість моль води, що утворюється внаслідок нейтралізації;− зміна температури калориметра в цьому процесі.

Якщо між собою реагують одноосновні кислоти та однокислотні луги, то кількість утвореної води відповідає кількості кислоти або лугу, взятих для нейтралізації, тобто

Зміну температури визначають з урахуванням даних табл. 2.2 (див. звіт) за рівнянням:

.

Теоретичне значення теплоти нейтралізації обчислюють за даними довідника. Знаючи теплоти нейтралізації слабкої та сильної кислот, визначають за рівнянням (2.3) теплоту дисоціації слабкої кислоти.

Звіт

1. Досліджувана реакція (наводиться в молекулярному, іонному та скороченому іонному вигляді):

2. Дані експерименту:

Таблиця 2.2 – Зміна температури внаслідок процесу нейтралізації

τ,с t, 0 C	0	15	30	45	60	75	90	105	…
t лугу
t кислоти
t розчину

3. Розрахунок зміни температури: = К.

4. Розрахунок експериментального значення теплоти нейтралізації за (2.8): кДж/моль.

5. Визначення за довідником теоретичного значення теплоти нейтралізації: _{кДж/моль.}

6. Обчислення відносної похибки експерименту: = %.

7. Висновок.

ЛІТЕРАТУРА: [1, с. 374 – 377; 2, с. 69 – 72; 3, с. 28 – 29; 4, с. 129 – 134, 139 – 142; 5, с. 124 – 131; 6, с. 46 – 48, 89 – 90; 7, с. 5 – 9].