Wydział
Kierunek
Grupa
Imię i nazwisko
Nr pary
Nr ewidencyjny
Prowadzący
14. Entalpia zobojętniania
Cel ćwiczenia
Zapoznanie się ze sposobem wyznaczania pojemności cieplnej kalorymetru oraz pomiaru entalpii rozpuszczania i zobojętniania.
Zasada pomiaru
Procesowi rozpuszczania krystalicznego NH4Cl lub KCl w wodzie towarzyszy pewien efekt cieplny (ΔH), którego miarą może być zmiana temperatury układu (ΔT) zachodząca w czasie tej przemiany. Znając wartość molowej entalpii rozpuszczania tych związków oraz przyjmując zamiast rzeczywistej pojemności cieplnej (C) średnią pojemność cieplną w granicach temperatur T1, T2, można z następującej zależności wyznaczyć średnią pojemność cieplną kalorymetru:
ponieważ
więc
gdzie C - średnia pojemność cieplna kalorymetru, - molowa entalpia rozpuszczania NH4Cl lub KCl (kJ ∙ mol-1), ml - liczba gramów substancji rozpuszczonej, m1 - masa molowa substancji rozpuszczonej (g), ΔT1 zmiana temperatury zachodząca w procesie rozpuszczania.
Przekształcając równanie do postaci:
można z niego obliczyć entalpię rozpuszczania dowolnej substancji (o masie molowej M2), mierząc zmianę temperatury podczas rozpuszczania m2 gramów badanego związku w rozpuszczalniku (wodzie) o objętości takiej samej, jaka była stosowana. do wyznaczania średniej pojemności cieplnej kalorymetru (C).
Zmiana entalpii towarzysząca reakcji zobojętniania wodorotlenku sodu stężonym kwasem siarkowym (ΔHc- entalpia całkowita) jest sumą entalpii rozpuszczania kwasu siarkowego (ΔHr) i entalpii powstawania cząsteczek wody, czyli entalpii zobojętniania (ΔHz):
stąd
Ponieważ w reakcji tej tworzą się dwie cząsteczki wody, więc
Ostatecznie otrzymujemy:
)
gdzie m2 - liczba gramów kwasu siarkowego użytego do reakcji zobojętniania, M2 - masa molowa kwasu siarkowego (g), C - średnia pojemność cieplna kalorymetru - molowa entalpia rozpuszczania kwasu siarkowego (kJ ∙ mol-1) wyznaczona przez rozpuszczenie takiej samej ilości kwasu, jakiej użyto do reakcji zobojętniania, tj. m2.
Wykonanie ćwiczenia
1. Wyznaczenie pojemności cieplnej kalorymetru (kalibrowanie kalorymetru)
a. Odważyć w naczyńku wagowym około 5 g NH4Cl lub KCl z dokładnością do 0,0001 g.
b. Do kalorymetru wlać 100 cm3 wody i mierzyć jej temperaturę w odstępach co 1 min w ciągu około 10 min (do czasu osiągnięcia niewielkich stałych zmian temperatury w kolejnych odczytach - okres wstępny).
c. Wsypać do kalorymetru odważoną ilość NH4Cl lub KCl i ciągle mieszając mierzyć temperaturę przez pierwsze 5 min co 0,5 min, a następnie co 1 min przez około 30 min (do momentu, gdy zmiany temperatury będą niewielkie i stałe - okres główny i końcowy).
d. Otrzymane wyniki zestawić w tabeli I.
CZAS
(MIN.)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
TEMP.
(ºC)
10,5
11
11,5
12
12,5
13
13,5
14
14,5
15
16
17
18
19
...
GMO