Лабораторна робота № 3 Визначення теплоти хімічної реакції
Правила техніки безпеки: дотримуватися загальних правил безпеки при роботі в хімічних лабораторіях.
Необхідні прилади і реактиви: лабораторна калориметрична установка (рис. ), мірний циліндр на 100 мл, наважки солей задані викладачем, дистильована вода.
Лабораторна установка (рис.2.1) є спрощеним калориметром, що складається з двох стаканів: зовнішнього 1, місткістю 350 - 500 мл і внутрішнього 2, власно калориметра, місткістю 100 - 200 мл. Внутрішній стакан 2 знаходиться на підставці 3 із органічного скла, пінопласту або пробки і закривається кришкою 4 з трьома отворами: для термометра 5 з поділом до десятих часток градусу, лійки 6 з широким тубусом і вертикальної мішалки 7. Термометр закріплюється спеціальним тримачем 8.
1 – зовнішній стакан; 2- внутрішній стакан; 3 – теплоізолююча підставка; 4 – кришка; 5- термометр; 6 – лійка; 7- вертикальна мішалка; 8- тримач для термометра.
Рисунок 2.1 – Калориметрична установка
Виконання досліду
Дослід 1. Визначення теплоти розчинення нітрату калію у воді.
Під теплотою розчинення тут розуміємо зміну ентальпії при розчиненні 1моль речовини в даній кількості розчинника.
При розчиненні солі у воді відбуваються два основних процеси: перший - ендотермічний, пов'язаний зі зруйнуванням кристалічної гратки, другий - екзотермічний, обумовлений взаємодією частинок речовини, що розчиняється, з молекулами розчинника і утворенням гідратованих іонів. В залежності від того, який з цих двох процесів переважає, тепловий ефект розчинення може бути додатною чи від'ємною величиною.
У внутрішній стакан 2 калориметра (рис. 2.1) за допомогою мірного циліндру налийте 100 мл дистильованої води, температура якої повинна бути близька до кімнатної. Зберіть установку як показано на рисунку. Термометр перед дослідом опускайте в калориметр останнім і закріпляйте тримачем 8, після досліду - виймайте з приладу в першу чергу. Перемішуйте рідину вручну, рівномірно піднімаючи та опускаючи мішалку 7. Водночас впродовж декількох хвилин виміряйте температуру води. Показання термометра фіксуйте через кожну хвилину до сотих часток градусу, які відміряються на око. Якщо на протязі 5 хвилин температурні зміни досить рівномірні (вони складають так званий початковий період досліду), то у визначений момент відліку часу швидко висипте через лійку 6 в стакан 2 наважку солі. Розмішування не припиняйте для прискорення процесу розчинення солі. З моменту висипання солі починається головний період досліду. За рахунок розчинення відбувається різка зміна температури, тому виміри проводьте до десятих часток градусу через кожні 15-20 секунд. Пропускання відліку не допускається. Після закінчення розчинення солі температурний хід знову стає рівномірним, що є початком заключного періоду. У цьому останньому періоді впродовж 5 хвилин температурний відлік проводьте кожну хвилину, як і на початковому етапі.
Результати експерименту виразіть в графічному вигляді на міліметровому папері. На осі абсцис нанесіть час в хвилинах (1 см відповідає 1 хвилині), на осі ординат - показання температури за термометром. Приклад такої залежності для ендотермічного розчинення солі наводиться на рисунку.
Теплота
процесу витрачається по рівнянню (2.8)
на нагрівання розчинника і солі.
Розрахуйте ентальпію розчинення KNO3
у
воді відносно 1 моль солі (кДж/моль):
|
ΔH = - (m1сP1+ m2сP2)· Δt · М/1000m2, |
(2.8) |
де m1 = 100 г - маса розчинника;
m2 - маса солі, г; 1000 – ділимо для перерахунку Дж в кДж;
сP1 = 4,18 Дж/(г·К) – питома теплоємність розчинника (води);
сP2 = 0,953 Дж/(г·К) – питома теплоємність нітрату калію;
Δt = t2-t1 - інтервал зміни температури, визначений графічно;
М - молярна маса солі, г/моль.
Процес розчинення нітрату калію є ендо- чи екзотермічним? Поясніть висновок з точки зору двох основних конкуруючих теплових процесів, що супроводжують розчинення солі. Порівняйте одержаний результат з теоретичним значенням стандартної ентальпії розчинення KNO3 (H0298 = +35,4 кДж/моль). Визначте похибку досліду у відсотках .