Лабораторный практикум по физической химии (стр. 4 )

2)  Определение интегральной теплоты растворения.

Провести калориметрический опыт как при определении постоянной калориметрической установки, только вместо KCl в калориметрический стакан всыпать взятую заранее точную навеску сухой и тщательно измельченной исследуемой соли

Обработка экспериментальных данных:

1)  Экспериментальные данные первого калориметрического опыта представить в виде таблицы 2.1 (для KCl):

Табл. 2.1

Время от начала опыта, мин	Показания термометра Бекмана, град
0
0,5

По экспериментальным данным построить зависимость изменения температуры во времени в масштабе 1 мин – 1 см, 1оС – 5-10см, и определить ∆Т.

2)  Рассчитать постоянную калориметрической установки (СК) по формуле (2.2):

3)  Экспериментальные данные второго калориметрического опыта также представить в виде таблицы 2.1.

4)  По экспериментальным данным второго опыта построить зависимость изменения температуры во времени и определить ∆Т.

5)  Интегральную теплоту растворения исследуемой соли рассчитать по формуле (2.1):

6)  Оценить погрешность (ЕR) полученного значения (∆Нm, вычис.) по отношению к справочному (∆Нm (теор.)):

ЕR = (∆Нm(вычис.) – ∆Нm (теор.)) / ∆Нm (вычис.) ´∙100%

Форма отчета. Отчет должен содержать название и цель работы, краткие теоретические положения, описание хода работы, таблицы экспериментальных данных, графики изменения температуры во времени (на миллиметровой бумаге), результаты расчета, оценку погрешности определения ∆Нm, вывод по проделанной работе.

Работа 2.2. Определение теплоты нейтрализации

Цель работы – определение теплоты нейтрализации сильной кислоты сильным основанием.

Теплотой нейтрализации называется количество тепла, которое выделяется при взаимодействии 1 моля кислоты с 1 молем основания в растворе. Этот тепловой эффект отвечает реакции образования жидкой воды из ионов водорода и гидроксила:

Н+(водн.) + ОН– (водн.) → Н2О(водн.)

Чтобы правильно определить тепловой эффект нейтрализации, следует учесть, что при вливании раствора сильной кислоты в раствор щелочи в калориметре кроме основного процесса, сопровождающегося тепловым эффектом ∆Ннейтр, протекает процесс разбавления кислоты водным раствором щелочи с тепловым эффектом ∆Н1 и процесс разбавления щелочи водным раствором кислоты с тепловым эффектом ∆Н2.

Таким образом, измеренная опытным путем теплота процесса:

∆Низм = ∆Ннейтр + ∆Н1 + ∆Н2 2.3

Приборы и реактивы:

·  калориметрическая установка;

·  аналитические весы;

·  мерный цилиндр на 250 мл;

·  мерная пипетка на 5 мл;

·  секундомер;

·  хлорид калия;

·  раствор щелочи (с = 0,1 моль/л);

·  раствор сильной кислоты (с = 2 моль/л);

·  дистиллированная вода.

Порядок выполнения работы:

1)  Определение теплоемкости калориметрической установки. Определить теплоемкость калориметрической установки СК по теплоте растворения KCl в воде. Опыты проводятся в один и тот же день, при одинаковых условиях

2)  Определение суммарной теплоты процессов, протекающих в калориметре ∆Низм. Мерным цилиндром отмерить и залить в калориметрический стакан 250 мл 0,1 моль/л раствора КОН. Собрать калориметрическую установку. Перемешивая раствор мешалкой, дождаться постоянного изменения температуры и приступить к отсчетам температуры через каждые 30 секунд. Произвести 10 отсчетов и после последнего отсчета сразу с помощью мерной пипетки влить в калориметрический стакан 5 мл 2 моль/л раствора HNO3. Продолжать фиксировать показания термометра, не меняя скорости перемешивания, произвести еще 10 отсчетов через каждые 30 с конечного периода. Вылить содержимое калориметрического стакана и подготовить установку к следующему опыту. Результаты измерений представить в таблице 2.1.

3)  Определение теплоты процесса разбавления кислоты щелочью (∆Н1). При проведении калориметрического опыта 5 мл 2 моль/л раствора HNO3 разбавляется в 250 мл водного раствора, при этом выделяется некоторое количество теплоты, которое можно рассчитать, учитывая справочные данные интегральных теплот растворения кислот и оснований. Для этого надо рассчитать конечную концентрацию кислоты после разбавления и построить графическую зависимость изменения мольной энтальпии растворения от молярной концентрации электролита в пределах от начальной до конечной концентрации кислоты по справочным данным и графически определить разность интегральных теплот. Это соответствует средней мольной теплоте разбавления электролита.

4)  Определение теплоты процесса разбавления щелочи водным раствором кислоты (∆Н2). Так как объем щелочи велик и практически не изменяется при вливании в него кислоты, величиной ∆Н2 можно пренебречь (∆Н2 = 0).

Обработка экспериментальных данных:

1)  По экспериментальным данным первого калориметрического опыта, представленным в виде таблицы 2.1, построить график зависимости изменения температуры во времени и определить ∆Т. Постоянная калориметрической установки СК рассчитывается по уравнению (2.2):

2)  Экспериментальные данные второго калориметрического опыта представить в виде таблицы 2.1. По экспериментальным данным таблицы построить график зависимости изменения температуры во времени и определить ∆Т.

3)  Рассчитать величину ∆Низм (суммарная теплота процессов, протекающих в калориметре) по формуле (2.1), где п – количество кислоты, внесенной в калориметр, моль:

4)  Теплоту нейтрализации вычислить по уравнению (2.3) и сравнить со значением ∆Н0нейтр., рассчитанным ∆Н(теор) по теплотам образования H2Oж и OH-, взятым из справочника.

5)  Оценить погрешность (ЕR) полученного значения (∆Низм.) по отношению к справочному (∆Нтеор.):

ЕR = (∆Нm(вычис.) – ∆Нm (теор.)) / ∆Нm (вычис.) ´∙100%

Работа 2.3. Определение теплоты нейтрализации слабой кислоты сильным основанием

Цель работы – определение теплоты нейтрализации слабой кислоты сильным основанием и определение теплоты диссоциации слабого электролита.

Нейтрализация слабой кислоты сильным основанием сопровождается одновременно диссоциацией слабого электролита с тепловым эффектом ∆Ндис. По закону Гесса теплота нейтрализации слабой кислоты сильным основанием ∆Ннейтр (слаб.) отличается от теплоты нейтрализации сильной кислоты сильным основанием ∆Ннейтр (сильн.) на величину теплоты диссоциации ∆Ндис.

∆Ннейтр (слаб.) = ∆Ннейтр (сильн.) + ∆Ндис 2.4

Теплота диссоциации слабого электролита зависит от природы электролита.

Определив опытным путем ∆Ннейтр (слаб.) и зная теплоту нейтрализации сильной кислоты сильным основанием (из экспериментальной части 2), определяют теплоту диссоциации слабого электролита:

∆Ндис = ∆Ннейтр (слаб.) – ∆Ннейтр (сильн.) 2.5

Приборы и реактивы:

·  калориметрическая установка;

·  аналитические весы;

·  мерный цилиндр на 250 мл;

·  мерная пипетка на 5 мл;

·  секундомер;

·  раствор щелочи (с = 0,1 моль/л);

·  раствор слабой одноосновной кислоты (с = 2 моль/л);

·  дистиллированная вода.

Порядок выполнения аналогичен предыдущему опыту (см 2.2)

Обработка экспериментальных данных:

Обработка экспериментальных данных

1)  Обработка экспериментальных данных двух калориметрических опытов аналогична описанной в экспериментальной части 2.

2)  Теплоту нейтрализации слабой кислоты сильным основанием рассчитываем по формуле 2.3.

3)  Теплоту диссоциации рассчитываем по формуле 2.5.

Работа 2.4. Определение теплоты образования кристаллогидрата

Цель работы – определение теплоты образования CuSO4´5H2O из CuSO4 и H2O (BaCl2´2H2O из BaCl2 и H2O).

Теплотой образования кристаллогидрата называется тепловой эффект образования 1 моля твердого кристаллогидрата из твердой безводной соли и соответствующего количества воды.

Растворение безводного сульфата меди протекает по уравнению:

CuSO4 (к) + n H2O(ж) = CuSO4 (р-р)

– этому процессу соответствует тепловой эффект ∆Нраст. безв

Однако данный процесс сопровождается гидратацией безводного сульфата меди и переходом его в растворенное состояние:

CuSO4 (к) + 5 H2O(ж) = CuSO4∙ 5H2O(к) –

этому процессу соответствует тепловой эффект ∆Нгидр.

CuSO4∙ 5H2O(к) + (n – 5) H2O(ж) = CuSO4 (р-р) –

этому процессу соответствует тепловой эффект ∆Нраст. водн

По закону Гесса:

∆Нраст. безв = ∆Нгидрат + ∆Нраст. водн 2.6

Теплота образования кристаллогидрата (∆Нгидр.) не может быть измерена в калориметре непосредственно, так как скорость образования кристаллогидрата мала. Эту величину вычисляют по разности интегральных теплот растворения безводной соли ∆Нраст. безв и кристаллогидрата ∆Нраст. водн.

Приборы и реактивы:

·  калориметрическая установка;

·  аналитические весы;

·  секундомер;

·  сушильный шкаф;

·  эксикатор;

·  фарфоровая ступка;

·  фарфоровая чашка;

·  пробирка с резиновой пробкой;

·  CuSO4∙ 5H2O (BaCl2´2H2O);

·  дистиллированная вода.

Порядок выполнения работы:

1)  Получение безводного сульфата меди. Для получения безводного сульфата взять на аналитических весах навеску кристаллогидрата массой 20г (15г BaCl2´2H2O). Эту навеску нагреть в сушильном шкафу при t = 240 – 2500С до постоянной массы и перехода голубой окраски CuSO4∙ 5H2O в белую, характерную для безводного CuSO4.