Выполнение работы

Тепловой эффект, сопровождающий растворение твёрдого или газообразного вещества в жидкости, отнесённый к 1 моль растворяемого вещества, называют молярной теплотой растворения. Тепловой эффект, отнесённый к 1 г вещества, называется удельной теплотой ра­створения. Различают интегральную теплоту растворения – тепловой эф­фект, сопровождающий процесс растворения одного моля (молярная) или одного грамма (удельная) вещества в данном количестве растворителя, и дифференциальную теплоту растворения – тепловой эффект, сопровождающий процесс растворения одного моля вещества в бесконечно большом количестве раствора. Дифференциальные теплоты растворения определяют методом расчёта, а интегральные теплоты растворения – экспериментально.

В данной работе следует определять тепловую постоянную калориметра при данной температуре термостата и теплоту растворения CuSO₄٠xH₂O в 400 мл воды при той же температуре.

Определение тепловой постоянной калориметра

1. Отвесить в калориметрический стакан около 400 г дистиллированной воды с точностью до 0,01 г.

2. Установить отрегулированный термометр Бекмана таким образом, чтобы ртутный резервуар термометра был закрыт водой, но находился выше лопастей мешалки.

3. Пустить мешалку, постепенно увеличивая скорость вращения, но не доводя до разбрызгивания воды. Скорость вращения должна быть одинакова во всех опытах.

4. Не дожидаясь установления режима всей калориметрической установки, взвесить в пробирке на аналитических весах 4 г кристаллов KCl с точностью до 0,001 г. Осторожно! Пробирка имеет очень тонкое дно!

5. После взвешивания пробирку вставить в отверстие в крышке калориметрической установки так, чтобы дно пробирки с кристаллами KCl находилось в воде. Подождать 10 – 15 минут, пока температура кристаллов не сравняется с температурой воды в калориметрическом стакане.

6. Проверить скорость изменения температуры воды в калориметре, которая не должна превышать 0, 02 град/мин. Если же скорость изменения температуры не превышает 0,02 град/мин, то следует начать калориметрические измерения, не прекращая записи температуры и времени.

7. Записывать показания термометра Бекмана с точностью 0,002 °С через каждые 30 сек. После одиннадцатого отсчёта пробойником разбить ампулу. В процессе растворения КСl (главный период) температура воды в калориметрическом сосуде падает, а затем начинает равномерно расти, приближаясь к температуре окружающей среда. Отсчётом температуры, с которой начинается её равномерное повышение, кончается главный период опыта и начинается конечный. Для конечного периода сделать ещё десять измерений температуры. Нанести на график полученные данные и, определив графически значение Т, рассчитать величину К калориметрического сосуда из уравнения (1.3).

После того как найдена величина К, можно приступить к определению теплоты растворения кристаллогидрата с целью определения содержания кристаллизационной воды.

Определение содержания кристаллизационной воды в CuSo4xH2o

Сульфат меди CuSO₄ образует три формы кристаллогидратов:

CuSO₄٠H₂O, CuSO₄٠3H₂O, CuSO₄٠5H₂O:

CuSO₄٠H₂O ⇆ CuSO₄ + H₂O (1.А)

CuSO₄ ٠3H₂O ⇆ CuSO₄ ٠H₂O + 2H₂O (1.В)

CuSO₄ ٠5H₂O ⇆ CuSO₄ ٠3H₂O + 2H₂O (1.С)

Если безводный CuSO₄ соприкасается с влажным воздухом, то в системе устанавливаются равновесия (1.А), (1.В) или (1.С), в зависимости от давления водяных паров в системе. Количество воды в твёрдом CuSO₄٠xH₂O или соотношение количеств гидратов разных форм можно установить калориметрически. Для этого нужно знать (из справочника) теплоты растворения безводного CuSO₄ и всех форм гидратов и определить экспериментальную теплоту растворения 1 г исследуемого образца.

В табл. 1.1 приведены теплоты растворения кристаллогидратов CuSO₄٠xH₂O. На основании этих данных и экспериментально определённой теплоты растворения 1 г исследуемой соли CuSO₄٠xH₂O можно установить, какой тип равновесия существует в данном случае.

Теплота растворения всей навески вычисляется по уравнению (1.2), после чего определяется удельная теплота растворения Q.

Величина Q зависит от того, в каком соотношении в исследуемом образце смешаны гидраты CuSO₄ . Если Q составляет 220 – 390 Дж/г, то в системе содержится CuSO₄٠xH₂O и CuSO₄. Если Q = 71 – 220 Дж/г, то равновесие описывается уравнением (1.В) и, наконец, если Q составляет от –46 до +71 Дж/г, то равновесие описывается уравнением (1.С).

Таблица 1.1