Методика проведения опытов

Для определения тепловых эффектов процессов, протекающих в водных растворах, используют простейший калориметр, приведенный на рис. 2.1.

Рис.2.1. Схема калориметра:

1─внешний стакан калориметра; 2 ─ внутренний стакан калориметра;

3 ─ теплоизолирующая прокладка; 4 ─ термометр; 5 ─ мешалка

Так как слой воздуха, находящийся между стенками внешнего и внутреннего стаканов калориметра, является хорошим теплоизолятором, то все тепло, выделяющееся (или поглощающееся) в результате протекания реакции, идет на нагревание (или охлаждение) реакционной смеси и внутреннего стакана калориметра. Экспериментально определяется изменение температуры реакционной смеси, сопровождающее данный процесс. Для этого во внутренний стакан калориметра отмеривают с помощью мерного цилиндра 25–30 мл воды и измеряют начальную температуру t_нач. с помощью термометра, который помещают непосредственно в жидкость, следя, чтобы он не касался дна и стенок внутреннего стакана (см. рис.2.1).

Не вынимая термометра из жидкости, во внутренний стакан засыпают сухую соль. Раствор перемешивают мешалкой до полного растворения, следя одновременно за показаниями термометра. Температура в ходе процесса может повышаться или понижаться. Конечную температуру t_кон. фиксируют в тот момент, когда столбик термометра останавливается.

Все данные, необходимые для расчетов, сводят в таблицу (форма таблицы дана в описании опытов).

Тепловой эффект процесса, протекающего в калориметре, рассчитывается по формуле:

где С_р-ра ─ удельная теплоемкость раствора, находящегося во внутреннем стакане калориметра, которую можно принять равной удельной теплоемкости воды

= 4,18 Дж/г·град;

т_р-ра ─ масса раствора во внутреннем стакане калориметра, г;

С_кал ─ удельная теплоемкость внутреннего стакана калориметра, Дж/г∙град;

т_кал ─ масса калориметра, г;

Δt ─ изменение температуры в ходе опыта, ^оС.

Учитывая, что удельная теплоемкость стекла, из которого сделан внутренний стакан калориметра, мала, вторым слагаемым можно пренебречь, тогда формула для расчета теплового эффекта примет вид:

Опыт №1. Определение мольной теплоты растворения соли

Опыт проводят согласно описанию с выданной преподавателем навеской соли. Химическая формула соли и ее масса указаны на обертке навески. Данные, необходимые для расчета, сводят в таблицу 2.1.

Таблица 2.1. Параметры для расчета мольной теплоты растворения соли

Химическая формула соли	г	г				г/моль	Дж/г·град	кДж/моль
1.							4,18
2.							4,18

Мольную теплоту растворения, то есть теплоту, выделяющуюся или поглощающуюся при растворении в воде 1 моля соли, рассчитывают по формуле:

.

Пользуясь приведенной в конце работы таблицей, в которой даны теоретические значения мольных теплот растворения некоторых солей, рассчитайте относительную погрешность определения:

.

Опыт №2. Определение мольной теплоты гидратации соли

Гидратацией называют процесс присоединения к соли определенного количества молекул воды с образованием кристаллогидрата данной соли, например:

Na₂СO₃ + l0H₂O = Na₂CO₃ · 10Н₂О.

Для определения мольной теплоты гидратации в воде растворяют сначала навеску

безводной соли:

Na₂СO₃ + п H₂O = Na₂CO₃ · п Н₂О; ΔН _{растворения безводной.соли}

а затем навеску кристаллогидрата данной соли:

Na₂CO₃ · 10Н₂О + (п ─ 10)H₂O = Na₂CO₃ · п Н₂О; ΔН _{растворения кристаллогидрата}

Оба процесса проводят согласно описанию, приведенному в практической части, и данные вносят в таблицу 2.1.

Пользуясь формулой для расчета мольной теплоты растворения, приведенной в 1-м опыте, рассчитывают ΔН растворения безводной соли и кристаллогидрата.

Теплоту гидратации вычисляют, пользуясь законом Гесса:

ΔН _{растворения безводной соли} = ΔН _{гидратации} + ΔН _{растворения кристаллогидрата}

Относительную погрешность определения рассчитывают исходя из данных табл.2.2.

Таблица 2.2. Мольные теплоты растворения и гидратации