Отчет по работе

должен содержать:

- теоретическое обоснование экспериментальной части работы,

- методику эксперимента, включающую схему установки,

- данные по составу раствора CuSO₄ и навеске металлического порошка цинка,

- таблицу 2 наблюдений,

- графические зависимости температуры от времени¹², построенные на миллиметровой бумаге,

- расчет теплоты химической реакции,

- расчет относительной и абсолютной погрешности измерений.

Относительная погрешность измерений не должна превышать 5%.

Лабораторная работа 5 Определение теплоты образования одного моля твёрдого раствора из двух твёрдых компонентов при комнатной температуре

Цель работы: расчет теплового эффекта химической реакции по экспериментальным данным

Приборы и реактивы: калориметр, мешалка, термометр, ампула, фильтровальная бумага, соли KCl и KBr.

Теоретическое обоснование

Некоторые вещества, кристаллические при комнатной температуре и близкие по составу и строению молекул, обладают способностью образовывать твёрдые растворы. Примером такого твёрдого раствора может служить сплав Ag-Au (рис. 3, а). Калориметрическое исследование может помочь решить вопрос о его строении и характере взаимодействия компонентов раствора. В случае, если вещества неизоморфны (рис. 3, б)

Рис. 3.3. Диаграмма плавкости для изоморфной (а) и неизоморфной (б) системы

или образуется идеальный раствор, теплота растворения сплава в растворителе, H_A,B будет равна сумме теплот растворения компонентов H_A + H_B.

Различие в H_A,B и (H_A + H_B) показывает, что сплав представляет собой твёрдый неидеальный раствор. Определить теплоту образования твёрдого раствора из твёрдых компонентов непосредственным измерением весьма трудно, так как этот процесс при комнатной температуре протекает очень медленно. Поэтому задачу решают косвенным путём, определяя H_A,B и затем теплоты растворения компонентов в том же растворителе по отдельности (H_A и H_B). Теплота образования одного моля твёрдого раствора вычисляется согласно закону Гесса по уравнению:

H = (H_A + H_B) – H_A,B (14)

Знак и величина теплоты растворения при образовании твёрдого раствора служит показателем того, как сильно меняются свойства компонентов в растворе в результате взаимодействия. Объектом калориметрического исследования является неидеальный твёрдый раствор KCl и KBr, друг в друге.

Методика эксперимента

Для приготовления твёрдого раствора KBr и KCl используется один из следующих методов:

а) по 5 г KCl и KBr тщательно измельчают в ступке и загружают в тигель. Тигель с навеской помещают в сушильный шкаф и выдерживают 10...15 мин при температуре 100…150 C, затем тигель щипцами переносят в печь, нагретую до 600 C. Доводят температуру печи до 750 C и оставляют при этой температуре на 15 мин. Выключают печь, через 10 мин вынимают тигель и охлаждают сплав на воздухе;

б) тщательно растереть смесь солей в фарфоровой ступке и оставить на пять – шесть дней в закрытом бюксе. По истечении этого срока смесь твёрдых кристаллов превратится в твёрдый раствор;

в) приготовить водный раствор солей, например 5 г KCl и 5 г KBr в 50 мл воды, и упарить его досуха на водяной бане. Сухой остаток будет представлять собой твёрдый раствор.

В стакан калориметра помещается около 150 мл воды, включают мешалку и помещают в воду ампулу с навеской 2 г KCl. После установления постоянной температуры начинают отсчёт температур каждые 30 секунд в течение пяти минут, затем ампулу разбивают (желательно использовать закалённое стекло) и продолжают отсчёт. После того, как температура перестанет уменьшаться, продолжают измерение температур ещё 5 минут. Выждав до возвращения температуры к начальному значению, проводят аналогичный опыт с электрическим нагревателем, определяя теплоёмкость системы по уравнениям 3.2 и 3.3.

Аналогично проводят опыты с KBr и твёрдым раствором KCl – KBr, в том числе и с определением теплоёмкости системы.

В соответствии с проведёнными опытами определяют мольные теплоты растворения солей и теплоту образования твёрдого раствора по уравнению 14.