Способы определения теплоемкости калориметрической системы

Теплоемкость калориметрической системы С_к – это количество теплоты, необходимое для ее нагревания на 1 град. В данном случае понятие теплоемкость относится не к веществу, а к системе, так как нагревается и стеклянная пробирка, и находящаяся внутри нее соль, и стакан с калориметрической жидкостью, и металлические части калориметра и воздух внутри него.

, (2.7)

где: Q – количество теплоты, сообщенное системе, Т_оп – полученное из опыта значение изменения температуры.

Существует 2 способа сообщить системе известное количество теплоты:

а) с помощью электрического нагревателя;

Q = Р∙, Дж (2.8)

где: Р – мощность нагревателя, Вт;

 - продолжительность нагревания, с.

, Дж/град (2.9)

б) проведение в калориметре процесса с известным тепловым эффектом. Таким процессом может быть растворение соли, например KBr.

, Дж/град, (2.10)

где: Н – интегральная теплота растворения соли (справочная величина зависит от концентрации полученного раствора);

Т_оп – изменение температуры, вызванное тепловым эффектом Н.

Порядок выполнения работы

Взвешивают на аналитических весах в 2-х пробирках с пробками указанное преподавателем количество соли.

В калориметрические стаканы наливают дистиллированную воду по 200-300 г (по указанию преподавателя). Устанавливают ампулы и стаканы с водой в рабочий и эталонный калориметры.

По указанию преподавателя выбирают один из способов определения С_к и снимают зависимость Т = f(). На основании полученных экспериментальных данных строят график и определяют Т_оп. При определении С_к с использованием нагревателя последний включают на 1-3 мин после окончания предварительного периода, затем выключают. Этим завершается главный период и продолжают снимать показания в заключительном периоде. Если С_к определяют другим способом, то в пробирки помещают навески стандартной соли (KBr или KCl) и проводят эксперимент по обычной схеме. Для выбора табличного значения теплоты растворения соли предварительно рассчитывают концентрацию образовавшегося раствора стандартной соли. Значения С_к получают из формул (2.9 или 2.10).

Загружают калориметрическую установку пробирками с исследуемой безводной солью и стаканами с дистиллированной водой и снимают зависимость Т = f().

Проводят аналогичный эксперимент с кристаллогидратом соли. Строят графики и определяют значения Т_оп. Экспериментальные данные заносят в таблицу 2.1.

Таблица 2.1.

Метод определения Ск…… Соль…. Кристаллогидрат….. Масса соли m1 = Масса кристаллогидрата m2= Масса Н2О….
Экспериментальные данные Т = f(), полученные для определения
Ск=		Теплота растворения безводной соли H1=		Теплота растворения кристаллогидрата H2=
, с	Т, оС	, с	Т, оС	, с	Т, оС
0 30 60 … 180* 190 200 210 … … …* …. 500 530 …

* - Время начала главного периода (отметить, в какой момент времени был включен и выключен обогреватель, или разбита ампула).

Интегральную теплоту растворения безводной соли и ее кристаллогидрата рассчитывают, используя экспериментальные значения Т_оп1 и Т_оп2 и полученное ранее значение С_к, где Т_оп1 и Т_оп2 – изменение температуры в езультате растворения n₁ моль безводной соли и n₂ моль ее кристаллогидрата (соответственно):

(2.11)

(2.12)

Затем по закону Гесса вычисляют теплоту образования кристаллогидрата (гидратации) H по экспериментально найденным тепловым эффектам H₁ и H₂, например:

H₁ = H+H₂ – по закону Гесса

H = H₁ - H₂