Лабораторный практикум по физической химии (стр. 5 )

По окончании процесса дегидратации безводный CuSO4 охладить и хранить в эксикаторе либо в пробирке, закрытой с помощью резиновой пробки.

2)  Определение интегральной теплоты растворения кристаллогидрата (ΔH>0 эндотермическая). Налить в калориметрический стакан 250 мл дистиллированной воды и провести калориметрический опыт как при определении постоянной калориметра, всыпая вместо KCl взятую ранее точную навеску CuSO4∙ 5H2O массой …... По окончании опыта освободить калориметрическую установку и подготовить к следующему опыту.

3)  Определение интегральной теплоты растворения безводной соли (ΔH<0 экзотермическая). Налить в калориметрический стакан 250 мл дистиллированной воды и точно так же провести калориметрический опыт, всыпая заранее полученный безводный сульфат меди. Операцию внесения CuSO4 в воду проводить очень быстро, чтобы соль не поглотила влагу из воздуха.

Обработка экспериментальных данных:

1)  По экспериментальным данным первого калориметрического опыта, представленным в виде таблицы 1, построить график изменения температуры во времени и определяем ∆Т

2)  Рассчитать интегральную мольную теплоту растворения кристаллогидрата ∆Нраст. водн по формуле (2.1).

Экспериментальные данные второго калориметрического опыта также представить в виде таблицы 1, графически определить ∆Т

3)  Рассчитать интегральную мольную теплоту растворения безводной соли ∆Нраст. безв по формуле (2.1).

4)  По формуле (2.6) рассчитать теплоту образования пятиводного кристаллогидрата CuSO4´5H2O ∆Нгидр и сравнить полученное значение со справочным.

Расчет погрешности полученных значений по отношению к справочному:

ЕR = (∆Н гидр. (вычис.) – ∆Н гидр. (теор.)) / ∆Н гидр. (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 миллиметроваой бумаге), результаты расчета, оценку погрешности определения ∆Нгидр, вывод по проделанной работе.

Контрольные вопросы

Перед выполнением работы

1.  Какие количества дистиллированной воды и твердых солей необходимо использовать для определения тепловой константы калориметра и в основных опытах?

2.  Какова последовательность проведения опыта?

3.  Каково назначения начального, главного и конечного периодов опыта? Укажите их длительность и начертите характерные зависимости от времени для каждого из них, если растворение является экзотермическим или эндотермическим процессом.

4.  Как определить теплоту растворения соли, теплоту нейтрализации кислоты?

5.  Как определить истинное изменение температуры с учетом поправки на теплообмен?

К защите работ

1.  Дайте определения интегральной мольной теплоты растворения, теплоты нейтрализации, теплоты образования кристаллогидратов.

2.  Объясните физический смысл тепловой константы калориметра.

3.  Приведите факторы, влияющие на величину интегральной теплоты растворения.

4.  Какова связь между теплотой растворения соли и энергией ее кристаллической решетки?

5.  Зависит ли теплота нейтрализации от природы кислоты или щелочи? Ответ аргументируйте.

6.  Какие факторы влияют на величину теплоты образования кристаллогидратов?

Работа 2.5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТ СГОРАНИЯ

Конструкция калориметра показана на рис.2.4. Оболочка калориметра 1 представляет собой двустенный бак, между стенками которого наливается вода. Температура воды в оболочке калориметра измеряется термометром 2. Крышка оболочки калориметра 13, состоящая из двух половин, закрывает полость, в которую на теплоизолирующую подставку 3 ставится калориметрический стакан 4. Для уменьшения радиационного теплообмена калориметрического стакана с окружающей средой стенки стакана и оболочки калориметра полированы. В крышке оболочки калориметра сделаны отверстия для метастатического термометра 9, для электропроводов 14 и для стержня мешалки 6. Скорость вращения якоря мотора регулируется ползунковым реостатом так, чтобы вода в калориметрическом стакане перемешивалась как можно лучше, но не разбрызгивалась.

Очень важно, чтобы пластинки мешалки не касались метастатического термометра, стенок стакана 3 и калориметрической бомбы 8. Это проверяют при вынутой крышке оболочки, медленно вращая шкив от руки.

При определении теплот сгорания в калориметрический стакан помещается калориметрическая бомба 8, как показано на рис.2.4.

Схема калориметрической бомбы, в которой проводят сжигание вещества, представлена на рис. 2.5. Бомба состоит из толстостенного стального стакана 1. При помощи накидной гайки 5, прокладки 3 и стальной втулки 4 на корпус бомбы герметично крепится крышка 2. На крышке бомбы расположены: устройство для ввода кислорода—штуцер 5, игольчатый вентиль 6 и трубка 9; устройство для вы­вода из бомбы кислорода и газообразных продуктов реакции сгорания—игольчатый вентиль 7 и штуцер 15. Образец для сжигания в виде брикета 12 с впрессованной в него проволокой 14 находится над чашкой 13. Образец зажигают током. Провода от батареи подведены к корпусу бомбы 1 и изолированному токоподводу 10.

Рис. 2.4. Схема калориметра для определения теплот сгорания:

1—изотермическая оболочка; 2 — термометр; 3 —термоизоляторы; 4—калориметрический стакан; 5 — электродвигатель; 6 — мешалка; 7 — термоизоляци-онная муфта;

8 — калориметрическая бомба; 9 — термометр Бекмана; 10—подвод тока; 11—кнопка; 12—тумблер; 13 — крышка изотермической оболочки.

Рис. 2.5. Схема калориметрической бомбы:

1 — стальной стакан; 2—крышка; 3—прокладка;

4 — стальная втулка; 5—накидная гайка; 6, 7—игольчатый вентиль; 5—штуцер для ввода кислорода; 9—трубка; 10— изолированный токоподвод; 11 — кнопка-токоподвод; 12 — образец для сжигания; 13 — •чашка; 14 — проволока; 15 — штуцер.

Порядок выполнения работы.

В сухую калориметрическую бомбу наливают пипеткой 10 мл дистиллированной воды (вода предназначена для насыщения внутреннего пространства бомбы водяными парами и для растворения в ней образующихся при сгорании оксидов азота). Брикет сжигаемого вещества (0,3— 1,2 г) закрепляют на токоподводы 14. Бомбу собирают, закрепляют нижней частью в специальную оправку и герметично завинчивают гайкой 5. Перекрывают игольчатые вентили 6 и 7. Штуцер 8 подсоединяют к линии кислорода. Кислород в бомбу подают из баллона через редуктор. Бомбу продувают кислородом. Для этого открывают вентиль 7, а затем осторожно, до слабого шипения кислорода из штуцера 15, открывают вентиль 6. После продувки бомбы закрывают вентиль 7 и доводят давление в бомбе до 15 – 20 атм. Затем закрывают вентиль 6 и отсоединяют линию кислорода от штуцера 8. Бомба готова к работе.

В стакан 4 калориметра (см. рис. 2.4) мерным цилиндром наливают 2л (±10 мл) дистиллированной воды. Термометр Бекмана устанавливают в нижней части шкалы, так как сгорание является экзотермическим процессом. К бомбе подсоеди­няют токоподвод и собирают калориметр в соответствии со схемой рис. 2.4. Тумблером 12 пускают в ход мешалку. Через 10— 15 мин, после того как произойдет выравнивание температуры всех частей калориметра, по термометру Бекмана проводят 10 отсчетов температуры «начального периода». Затем нажатием кнопки 11 зажигают вещество. Главный период длится 6—10 мин. Проводят 10 отсчетов температуры конечного периода (линейное падение температуры) и останавливают опыт. Результаты измерений заносят в таблицу.

По данным таблицы строят график изменения температуры от времени в ходе опыта (см. рис. 2.3), из которого находят изменение температуры ΔT.

ПОДГОТОВКА ОПЫТА ПО СГОРАНИЮ

Порошкообразные вещества перед сгоранием в калориметрической бомбе брикетируются с помощью ручного винтового пресса с тем, чтобы вещество не распылялось и сгорало целиком. Для поджигания брикета в него запрессовывается железная проволочка. Порядок операций следующий:

Получить у лаборанта железную проволочку и вещество для сгорания. На предварительно взвешенном часовом стекле (или в бюксе) взвесить до четвертого знака проволочку на аналитических весах и взять навеску вещества от 0,8 до 1,0 г с точностью до 0,1 г. Результаты взвешивания записать в форме отчета:

Вес бюкса с железной проволочкой …………………………...

Вес бюкса…………………………………………………………

Вес железной проволочки……………………………………….

Вес остатков проволочки после проведения опыта …………..

Вес сгоревшей части проволочки………………………………

Вес бюкса с веществом………………………………………….

Вес бюкса с брикетом……………………………………………

Вес вещества в брикете………………………………………….

Прочистить ершиком, протереть спиртом и насухо вытереть матрицу пресса, вкладыши и пуансон. Вращая ручку пресса, поднять пуансон до отказа верх, надеть на стойку пресса откидную нижнюю пластинку — подставку. Вставить взвешенную железную проволочку в прорези матрицы и с той же стороны вставить в матрицу вкладыш вогнутой стороной вверх. Поддерживая вкладыш снизу, вдвинуть матрицу в вырез верхней пластины пресса так, чтобы матрица и вкладыш оказались на нижней пластине — подставке. Осторожно высыпать в матрицу навеску вещества и положить в матрицу второй вкладыш, вогнутой стороной вниз, если навеска больше 0,7 г, или плоской стороной вниз — при меньшей навеске. Вращая ручку пресса, ввести пуансон в матрицу до отказа. Затем поднять пуансон на три оборота ручки пресса, подложить под матрицу лист бумаги и отвести в сторону нижнюю пластину пресса. Вводя пуансон в матрицу, вытолкнуть вкладыши и прессованную таблетку на лист бумаги. Таблетку руками не трогать!

Если таблетка прилипла к вкладышу, то следует осторожно отделить ее ланцетом, держа пальцами только вкладыш. Таблетку с запрессованной проволочкой взвесить в бюксе на аналитических весах. Укрепить крышку калориметрической бомбы на специальной подставке и вставить в кольцо штифта чашечку, тщательно промытую дистиллированной водой. Один конец проволочки, запрессованной в таблетку, обмотать вокруг штифта, а второй конец — вокруг трубки так, чтобы таблетка висела над чашечкой, не касаясь ее, и чтобы концы проволочки не касались стенок бомбы. Омметром проверить электрический контакт между клеммами на крышке бомбы. В стакан калориметрической бомбы налить 10 мл дистиллированной воды. Надеть на крышку бомбы сначала резиновое кольцо, а потом стальное кольцо, которое должно быть обращено косым срезом вниз. Осторожно, без перекосов, опустить в стакан бомбы, прикрепленные к крышке детали, чтобы крышка плотно закрыла стакан, надеть на резьбу стакана зажимное кольцо и завернуть его. Поставив ножки бомбы в отверстия фиксатора, привернутого к столу, и затянуть зажимное кольцо до отказа.