Лабораторная работа №1. Определение энтальпии гидратации сульфата меди

Цель работы: познакомиться с калориметрическим методом определения тепловых эффектов процессов. Определить теплоты растворения безводного сульфата меди и кристаллогидрата, на основе экспериментальных данных рассчитать теплоту гидратации соли.

Объекты и средства исследования

1. Учебно-лабораторный комплекс «Химия» в следующей комплектации: центральный контроллер и модуль «Термостат» в комплекте со стеклянным стаканчиком (150 см³), термодатчиком и устройством для размещения кислоты в термостате.

2. Аналитические весы

3. Навески соответствующих солей.

Порядоквыполненияработы

1. Подключить термостат к контроллеру, подключить термодатчик, включить перемешивание и измерение температуры в ходе опыта.

2. Взвесить 2 г безводной соли и 3 г кристаллогидрата с точностью до 0,1 г.

3. Налить во внутренний сосуд калориметра определенный объем дистиллированной воды (75 см³), поместить в калориметр термодатчик и якорь мешалки.

4. Измерение начинают включением кнопки «Измерение». При этом появиться окно состояние измерения – «Обмен данными с контролером».

5. Затем, в течение 5 минут, фиксируют температуру

«предварительного периода». Предварительный период начинается тогда, когда изменения температуры за каждые 30 с станут почти одинаковыми, т.е. установится равномерный ход температуры.

6. Главный период начинается с внесения в воду взвешенной водной или безводной соли. Концом главного периода нужно считать установление более медленного равномерного хода изменения

температуры (приостановка ее роста или падения).

7. Измерение следует заканчивать после того, как изменения температуры будут незначительными и равномерными («заключительный период», 5-7 минут). Измерение заканчивается путем нажатия кнопки

«СТОП». При этом экспериментальные данные автоматически запоминаются и установка переходит в режим управления.

8. Каждый опыт (с растворением безводной соли и гидратированной соли) нужно повторить 2-3 раза.

Обработка результатов эксперимента. Для построения экспериментальных графиков необходимо перейти на экран «Графики». Необходимые для определения изменения температурыΔТ линии проводятся следующим образом. Нажимаем кнопку «прямая линия» ( ), подводим курсор к соответствующей точке графика и, нажав один раз левую клавишу «мышки», устанавливаем начальную точку лини. Зафиксировать линию нужно повторным нажатием кнопки (отменить - правой кнопкой «мышки»). Для измерения ΔТ , вначале убираем «галочку» в поле «Измерения на суммарный график», а затем проводим вертикальную линию до пересечения с полученными линиями. Для этого нажимаем кнопку «линейка» ( ), устанавливаем курсор на одной из линий и проводим вертикальную линию. В секторе «Результат» «dY» появится значение ΔТ.

Расчетно-графическая часть работы состоит в обработки графиков.

На рисунке 1.2 приведены примеры графиков.

, мин , мин

Рисунок 1.2. Графики зависимостей изменения температуры от времени:

при понижении температуры (для кристаллогидрата)

при повышении температуры (для безводной соли)

На графиках должны быть две наклонные линии, отвечающие предварительному и заключительному периодам (участки АВ и СD). Для того, чтобы ввести поправку на тепловые потери, делают такое построение: точки В и С проецируют на ось ординат (находят точки b и с), находят середину отрезка bc и проводят линию mn. Через точку l проводят вертикаль. Далее экстраполируют линейные участки АВ и CD до пересечения с вертикалью в точках В и С. Отрезок ВС соответствует истинному изменению температуры Т, которое нужно взять в расчет. Отрезок ВС и есть исправленная разность температур Т.

9. Энтальпии растворения соли определяем по формуле

^ΔH раств ^

_К ΔТ  М _,

m

где К – постоянная калориметра, 1,076 кДж/град;

Т - исправленная разность температур;

m - масса взятой навески соли, г; М - молярная масса соли, г/моль.

Следует иметь в виду, что молярные массы безводной соли и кристаллогидрата отличаются друг от друга на массу кристаллизационной воды.

Зная теплоту растворения безводной соли и кристаллогидрата, определяем теплоту гидратации и все данные записываем в таблицу.

Растворяемое вещество	Масса воды mв, г	Масса соли m, г	Исправленная разность Т,^оС	Молярная масса М, г/моль	^^Нраств^, кДж/моль	^^Нгидр^, кДж/моль
Безводная соль CuSO4
Кристаллогидрат CuSO45H2O

Опытное определение теплот растворения может отличаться от справочных значений по ряду причин (тепловые потери в окружающую среду; испарение воды с поверхности раствора; недостаточное обезвоживание сульфата меди, примеси других солей и др.).

10. Провести теоретический расчет энтальпии гидратации на основе 1го следствия из закона Гесса и справочных таблиц. Сравнить с экспериментально полученными данными.

11. Сделать вывод по проделанной лабораторной работе. Указать причину, по которой не проводили прямое колориметрическое определение энтальпии гидратации; теоретическую основу (фундаментальный закон или следствие) косвенного способа определения энтальпии гидратации, указать причину расхождения теоретических и практических результатов.

Контрольные вопросы

1. Первое начало термодинамики. Математическая форма записи первого начала. Тепловой эффект процесса.

2. Закон Гесса. Следствия из закона.

3. Зависимость теплового эффекта процесса от температуры (закон Кирхгоффа). Приблизительное и точное интегрирование уравнения Кирхгоффа.

4. Растворение кристаллов в воде, стадии и энергетика такого растворения. Теплота растворения и теплота гидратации. Интегральная и дифференциальная теплота растворения.