лабораторная работа №2.

Выполнила: Васькина Е.М.

Группа: ЕН-110 305(И-103)

Лабораторная работа 2.

Определение теплоты гидратации кристаллогидрата сульфата меди CuSO₄5H₂O.

Цель работы – определение теплоты гидратации кристаллогидрата сульфата меди CuSO₄5H₂O.

1. Краткая теория.

В соответствии с первым законом термодинамики изменение внутренней энергии термодинамической системы запишется:

.

Если реакция протекает при постоянном объеме и при этом не совершается механической, электрической и других видов работы, то при Т = const можно записать:

(1.2)

Если реакция протекает при постоянном давлении и совершается только работа расширения, а все другие виды работ отсутствуют, то изменение энтальпии в ходе реакции будет равна теплоте:

. (1.3)

Смысл соотношений (1.2) и (1.3) состоит в том, что теплота реакции, поглощаемая (выделяемая) при постоянном объеме или давлении, становится термодинамической функцией состояния, и поэтому не зависит от пути процесса (закон Гесса). Из закона Гесса вытекает очень важное для химии следствие:

, (1.4)

i - продукты реакции

j - исходные вещества

_{Теплота растворения твердого кристаллического вещества в жидком растворителе определяется в основном суммой двух величин: теплоты разрушения кристаллической решетки и теплоты сольватации ионов (атомов или молекул) растворяемого вещества молекулами растворителя. Алгебраическая сумма тепловых эффектов этих двух процессов дает теплоту (изменение энтальпии) процесса растворения соли. Значения теплот растворения} зависят от концентрации соли в растворе и от того были ли смешиваемые компоненты в начале взяты в чистом виде. Теплота, сопровождающая процесс изотермического растворения одного моля вещества в таком количестве растворителя, чтобы образовался раствор с определенной концентрацией, называется интегральной теплотой растворения

. Интегральная теплота растворения зависит от концентрации полученного раствора, поэтому для данного вещества можно получить ряд значений , относящихся к определенным концентрациям, например, долевым , …=n₂/(n₁+n₂) (см. рис.1.1). Значение называют первой интегральной теплотой растворения; она равна тепловому эффекту при растворении одного моля вещества в бесконечно большом количестве растворителя.

Зависимость интегральной теплоты растворения от концентрации раствора.

Теплота растворения моля вещества (условно принятого вторым компонентом) в бесконечно большом количестве раствора некоторой постоянной концентрации называется дифференциальной или парциальной теплотой растворения . Этому определению соответствует соотношение:

(1.5)

Аналогичная величина для растворителя (первого компонента) – теплота растворения моля растворителя в большом количестве раствора постоянной концентрации называют дифференциальной или парциальной теплотой разбавления .

(1.6)

Интегральная теплота растворения может быть получена из дифференциальных (парциальных) теплот:

(1.7)

Стандартная энтальпия образования  теплота, выделяемая (поглощаемая) при образовании 1 моля вещества из простых веществ, его составляющих, находящихся в стандартных состояниях.

Стандартная энтальпия сгорания _(сг)  теплота, поглощаемая (выделяемая) при полном сгорании 1 моля вещества в атмосфере кислорода при 1 атм (продуктами реакции сгорания обычно являются СО₂, Н₂О(ж), N₂ и др.).

Стандартная энтальпия реакции _(р)  теплота, поглощаемая (выделяемая) в стандартных условиях при взаимодействии определенного числа молей реагентов, задаваемого уравнением реакции.

1.2 Аппаратура.

В нашей работе мы будем использовать калориметр с изотермической оболочкой, позволяющий точно учитывать поправку на теплообмен, так называемый калориметр Нернста. Калориметр состоит из двух основных частей: калориметрической системы и оболочки. Калориметрической системой называется совокупность тех частей калориметра, между которыми должна распределяться вся теплота, подлежащая измерению. В описываемом ниже калориметре калориметрическая система включает: калориметрическую жидкость (например, воду, раствор кислоты или соли); калориметрический стакан, мешалку, термометр и другие приборы, помещенные в калориметрическую жидкость.

Калориметрический стакан (1) помещен в термоизоляционный корпус (2), представляющий адиабатическую оболочку. Для уменьшения потерь теплоты термоизоляционный корпус (2) закрывают крышкой из теплоизолирующего материала (3), в которую через отверстия вставлены мешалка (4), термометр сопротивления (5), пробирка с исследуемым веществом и нагреватель (6). Мешалка необходима для быстрого приведения всех частей калориметра в тепловое равновесие.

Калориметрическая установка

Определение постоянной калориметра.

Постоянную калориметра можно оценить как сумму теплоемкостей составных частей, участвующих в теплообмене:

(1.9)

Здесь g  масса калориметрической жидкости (вода плюс соль) после проведения калориметрического опыта;  удельная теплоемкость калориметрической жидкости (воды);  тепловая постоянная калориметра; и   массы и удельные теплоемкости материала калориметрического стакана и всех приборов, погруженных в жидкость.

По первому способу тепловую постоянную калориметра определяют по известному значению энтальпии _KCl растворения хлорида калия KCl.

Второй способ определения тепловой постоянной калориметра заключается в том, что в калориметрическую систему вводят точно известное количество теплоты путем пропускания электрического тока через нагреватель (6) (см. рис.1.2). В цепь нагревателя включен источник питания, амперметр для измерения силы тока I, параллельно включен вольтметр для измерения напряжения U на зажимах нагревателя. Постоянную калориметра рассчитывают из соотношения:

, (1.11)

где I  сила тока, A; U  напряжение, В;   время, секунды,  изменение температуры.

Приборы и реактивы

1. Калориметрическая система (модули «Термостат» и «Универсальный контроллер» учебно-лабораторного комплекса «Химия»),

2. KCl g₃ 1,5 г.,

3. безводный g₂ 1 г.,

4. g₁ 2 г.

5. H2O 80 г.

Ход работы:

1. Стакан, в который налито 80 мл раствора воды и помещена мешалка, устанавливаю в калориметр и закрываю крышкой с укреплённым в ней датчиком температуры. В отверстие крышки вставляю шприц, в который предварительно насыпано 1,5 г измельчённой соли KCl.

2. Включить контроллер и запустить программу управления – elsms2.exe.

3. В программе проверяю, включена ли мешалка. Устанавливаю интервал измерений -12. Скорость мешалки устанавливаю среднюю – 3. После чего начинаю измерения.

4. Предварительный период опыта сводится к выходу калориметрической системы на стационарный режим. После 20 измерения равномерного хода температуры засыпаю взвешенную соль KCl в калориметр.

5. Главный период. Растворение соли сопровождается скачкообразным изменением температуры: он резко уменьшается.

6. Заключительный период. После полного растворения соли дожидаюсь установления плавного и равномерного хода температуры в течение примерно 50 измерений, и останавливаю измерение.

7. Для проведения дальнейших измерений необходимо взвешиваю в шприце около 1 г безводного Укрепляю пробирку с в крышке калориметра.

8. Снова провожу измерения, все параметры оставляю теми же, кроме интервала измерений – 15.

9. После снятия 20ого измерения засыпаю в калориметр. Наблюдаю увеличение температуры, после чего начинается устанавливаться температурное равновесие. После снятия 70 измерений, прекращаю их.

10. Для проведения дальнейших измерений необходимо взвешиваю в шприце около 2 г Укрепляю пробирку с в крышке калориметра.

11. Снова провожу измерения, все параметры оставляю теми же, кроме интервала измерений – 15.

12. После снятия 20ого измерения засыпаю в калориметр. Наблюдаю увеличение температуры, после чего начинается устанавливаться температурное равновесие. После снятия 70 измерений, прекращаю их.

13. Обрабатываю получившиеся графики. Нажимаю кнопку «Прямая линия», подвожу курсор к соответствующей точке графика и устанавливаю начальную точку прямой, затем провожу прямую по точкам. Фиксирую линию. Для измерения ΔT провожу вертикальную прямую. Записываю ΔT.

Графики и расчеты

14. 

Определение постоянной калориметра

кДж/моль

Определение теплоты растворения CuSO4

Определение теплоты растворения CuSO4*5H2O

Расчет погрешности

Теплота гидратообразования табличное значение: CuSO4 ∆Н1= -78 кДж/моль.

Вывод: в результате лабораторной работы мы получили значение теплоты растворения гидратообразования CuSO₄ = -75.06кДж. Она отличается от табличного значения на 2.94кДж/моль. Это можно объяснить случайными погрешностями при проведении эксперимента, неточностью навески материалов и т.д.