Порядок виконання роботи. 1. В склянку заливають 200 г води

1. В склянку заливають 200 г води.

2. Розраховують кількість KNO₃, що припадає на 200 г води, для одержання розчину концентрацією 0,2 - 0,3 Μ.

3. Для визначення маси наважки зважують порожню пробірку, а потім пробірку разом із сіллю з точністю до 0,01 г.

4. Збирають калориметричну установку як показано на рис.1.1.

5. Проводять вимірювання зміни температури у калориметричній системі, яка відбувається внаслідок розчинення солі. При безперервному перемішуванні розчину фіксують зміну температури з точністю до 0,1 °С через кожні 30 с і заносять у робочий зошит. Для визначення точної зміни температури під час досліду процес розчинення умовно поділяють на три періоди:

а) Попередній, який триває до 5 хв.

б) Головний – процес розчинення солі.

в) Заключний – до 5 хвилин.

Рис. 1.2. Графічне визначення температурного перепаду в калориметрі

У попередньому періоді визначають інтенсивність теплообміну калориметра з навколишнім середовищем. Для цього при безперервному перемішуванні води вимірюють її температуру через кожні 30 с. Після встановлення сталої температури, тобто зміна температури через кожні 30 с буде майже однакова (через 5 хв вимірювань), у склянку з водою вносять сіль.

В головному періоді не припиняють перемішування розчину до повного розчинення солі, фіксуючи зміну температури кожні 30 с.

Заключний період прийнято вважати з моменту досягнення рівноваги розчинення солі, тобто з моменту припинення зниження температури (тривалість не менше 5 хв).

6. Зміну температури в системі, яка відбувається внаслідок розчинення солі визначають графічно. Для цього на міліметровому папері, будують графік, де на вісі абсцис відкладають час, а на вісі ординат – температуру. На рис. 1.2 показано одну з можливих діаграм, де FА – попередній період, AD – головний і DС – заключний. Для визначення Δ Τ продовжують (пунктиром) лінію попереднього періоду вправо (ділянка АВ), а лінію заключного періоду вліво (ділянка ОD). Через середину головного періоду (точка К) проводять пряму, паралельну вісі ординат, до перетину з пунктирними лініями. Відстань ОВ дорівнює зміні температури D Τ при розчиненні солі з урахуванням теплообміну між калориметром і навколишнім середовищем.

7. Після розчинення солі за зміною температури розчину в калориметрі визначають кількість теплоти, наданої системі (калориметричний тепловий ефект).

Опрацювання результатів

Калориметричний тепловий ефект розраховують за рівнянням:

(1.10)

де С_p-н – питома теплоємність розчину; m_р-н – маса розчину, W – стала калориметра або водяний еквівалент; Dt – зміна температури розчину в процесі розчинення.

Водяний еквівалент калориметра (W) являє собою теплоємність калориметричної системи, тобто кількість теплоти, необхідної для нагрівання або охолодження всіх частин калориметра на один градус:

(1.11)

де Σ m – маса частин калориметра, що беруть участь в теплообміні; c_j – питома теплоємність кожної частини калориметра. Отже, водяний еквівалент можна визначити з (1.11) як суму добутків теплоємності кожної з частин калориметра на її мacy крім теплоємності розчину.

Сталу калориметра можна визначити за рівнянням (1.10), якщо ввести в калориметр відому кількість теплоти. Калориметричний тепловий ефект для солі KNO₃ ( Q _KNO3 ) обчислюють за відомою інтегральною теплотою розчинення DH= 35,6 кДж/моль. Калориметричний тепловий ефект для солі KNO₃ буде:

(1.12)

Підставивши отримане значення у формулу (1.10) визначають сталу (водяний еквівалент) калориметра за експериментально визначеним значенням Δ Τ_КNO3:

(1.13)

де c_p – питома теплоємність розчину, яка визначається за питомою теплоємністю води, оскільки розчин розбавлений (при 298 К вона становить 4,18 Дж/г×К).

Лабораторна робота № 1.2