Лабораторный практикум по физической химии (стр. 6 )

Передать калориметрическую бомбу лаборанту для наполнения кислородом до давления 15-25 атм. Студентам запрещено трогать вентиль кислородного баллона.

С помощью омметра проверить, сохранился ли электрический контакт между клеммами бомбы. Если контакта нет, то с помощью лаборанта осторожно выпустить из бомбы кислород, открыть бомбу и устранить неисправность. После этого лаборант снова заполняет бомбу кислородом. Поставить в калориметр на изолирующую подставку калориметрический стакан, чтобы он не качался. Держа бомбу за колпачки, осторожно опустить ее в калориметрический стакан. К клеммам бомбы присоединить провода, идущие от гнезд с надписью “к бомбе”. Налить в калориметрический стакан 2000 мл дистиллированной воды. Стержень мешалки 10 вставить в муфту 7. Получить у лаборанта метастатический термометр, установленный так, чтобы при погружении его в стакан ртуть остановилась в пределах 0,0-1,0° шкалы.

Укрепить термометр в зажиме 12. Медленно вращая шкив 9 за ручку, убедиться в том, что пластинки мешалки не касаются метастатического термометра, стакана и калориметрической бомбы. Полностью ввести реостат мотора, подключить пульт калориметра к электросети и, запустив мотор, установить с помощью реостата наибольшую скорость перемешивания, при которой вода не разбрызгивается из стакана. Для этого необходимо, в частности, чтобы верхняя пластина мешалки не выходила из воды.

Проведении калориметрического опыта

К проведению калориметрического опыта приступают через 5-10 мин после установки бомбы в калориметрический сосуд. За это время произойдет выравнивание температуры всех частей калориметрической системы. О выравнивании температуры судят по ходу изменения температуры путем нескольких отсчетов, производимых через каждые 30 секунд с точностью до 0,001°. Тысячные доли градуса отсчитываются на глаз путем деления на 10 частей промежутка между двумя соседними делениями термометра. Для преодоления действия капиллярных сил, препятствующих равномерному перемещению мениска ртути, перед каждым отсчетом температуры, исключая отсчеты при быстром подъеме температуры в главном периоде, производят легкое постукивание по термометру тонкой палочкой, на конец которой надета резиновая трубка. Наблюдения за показаниями термометра производятся при помощи короткофокусной зрительной трубы или лупы. При наблюдений показаний термометра через лупу нельзя дышать на термометр.

Калориметрический опыт разделяется на три периода.

1.  Начальный, предшествующий зажиганию и служащий для наблюдения и учета теплообмена калориметрической системы с окружающей средой в условиях начальной температуры опыта;

2.  Главный, в течение которого происходит сгорание навески, передача тепла, выделяемого за счет сгорания навески, калориметру и выравнивание температуры всех частей калориметрической системы;

3.  Конечный, который следует за главным и служит для тех же целей, что и начальный, т. е. для наблюдения и учета теплообмена калориметра с окружающей средой, но в условиях конечной температуры опыта.

Убедившись в том, что изменение температуры в калориметре происходит равномерно, приступают к проведению калориметрического опыта. Для этого после постукивания палочкой по термометру делают первый отсчет показаний термометра и одновременно пускают секундомер. Отсчеты показаний термометра и запись их проводят через каждые 30 секунд.

Изменения температуры за каждые полминуты должны быть одинаковые, отклонения же бывают чаще всего вследствие неточности отсчетов. При отсчетах с помощью зрительной лупы эти ошибки возникают чаще всего за счет параллакса.

В случае обнаружения неровного хода температуры, указывающего на то, что температура частей калориметрической системы еще не выровнялась, произведенные отсчеты температуры начального периода отбрасывают и измерения начинают заново. В момент одиннадцатого отсчета замыкают ток в цепи зажигания. Этим заканчивается начальный период и начинается главный. При прокаливании током проволочки, запрессованной в таблетку, проволочка перегорает, зажигая таблетку. В момент зажигания должна загореться лампочка на пульте калориметра, а при перегорании нити запала лампочка должна погаснуть. Если лампочка не загорелась и после нажатия кнопки “зажигание” не наблюдалось повышения температуры, то нужно вынуть бомбу, выпустить из нее кислород, открыть крышку, установить причину нарушения контакта, устранить ее и наполнить бомбу кислородом. Потом нужно взвесить калориметрический сосуд с водой, добавить недостающее количество воды, вынесенное с бомбой.

Если лампочка загорится и не погаснет, то это означает, что произошло короткое замыкание. В этом случае нужно сразу отпустить кнопку “зажигание” и, если навеска загорелась, продолжать опыт. Если же зажигания навески не произошло, опыт прекратить, вынуть бомбу, открыть ее, устранить причину замыкания и проверить изоляцию контактов бомбы.

За первый полуминутный промежуток главного периода повышение температуры калориметрической жидкости будет сравнительно незначительно вследствие того, что выделившаяся при горении навески теплота еще не успела передаться воде калориметра, нагреть ее и термометр.

Следующие 1-2 полуминутных промежутка являются периодами максимальной скорости подъема температуры. Начиная с 3-4 промежутка, скорость подъема температуры снижается.

Точность отсчетов температуры в главном периоде принимают следующую: при росте температуры за полминуты более 0,5°— 0,1°, при росте температуры от 0,1° до 0,5° — 0,01°, при росте температуры за полминуты менее 0,1° — 0,001°. Главный период считают законченным тогда, когда вновь наступает ровный ход температуры, обуславливаемый лишь теплообменом калориметра с окружающей средой.

Продолжительность главного периода составляет обычно 6-10 минут (12-20 отсчетов). В конечном периоде продолжают также наблюдать и записывать температуру каждые полминуты и берут 11 отсчетов, считая за первый последний отсчет главного периода. На этом опыт заканчивают.

Если во время проведения опыта экспериментатор не успел (по какой-либо причине) произвести отсчет показаний термометра в любом периоде опыта, то это не может служить показанием к приостановке опыта. При этом необходимо лишь точно следить за временем, прочеркнуть пропущенный отсчет и записать следующий не вместо пропущенного, а под своим порядковым номером. Это необходимо для правильного вычисления поправок на теплообмен калориметра с окружающей средой.

После окончания опыта открывают крышку оболочки, первым вынимают термометр и обтирают его. Затем отключают от бомбы провода и вынимают мешалку. Потом, подложив полотенце, чтобы капли воды не попадали на дно оболочки, осторожно вынимают бомбу и обтирают ее снаружи полотенцем.

Бомбу ставят на стол, отвинчивают колпачок выпускного штуцера, осторожно открывают штуцер и медленно, в течение 4-5 минут, выпускают газообразные продукты горения. При быстром же выходе газов возможен унос капелек воды с растворенными в них кислотами. После полного выхода газов с бомбы свертывают зажимное кольцо и вынимают крышку бомбы. Тщательно осматривают внутренние части бомбы: при наличии сажистого налета или несгоревших частиц навески опыт бракуется. Если произошло полное сгорание, то находящуюся в бомбе воду выливают в химический стакан и ополаскивают из промывалки дистиллированной водой (лучше горячей) внутреннюю поверхность бомбы, крышку, чашечку и токоведущий штифт, собирая промывные воды в тот же стакан. Объем промывных вод должен составлять 150-200 мл. Смывы бомбы после опыта используют для определения количества образовавшейся азотной кислоты. Собирают оставшуюся несгоревшую проволочку на трубке и штифте и взвешивают ее. Стакан и крышку бомбы вытирают чистым полотенцем и, не закрывая вентилей, оставляют до следующего опыта открытыми. В конце рабочего дня, когда работа с бомбой закончена, ее промывают из промывалки дистиллированной водой, а потом спиртом, после этого продувают воздухом, чтобы высушить, и ставят крышку с поднятым (открытым) штуцером на штатив с кольцом. Колпачки, во избежание их потери, сохраняют в стакане бомбы.

Определение тепловой константы калориметра и удельной теплоты сгорания органического вещества.

Тепловая константа калориметра может быть вычислена по теплоемкостям и массам воды и всех частей калориметра, но этот способ сложен и недостаточно точен. В качестве единого стандартного метода определения тепловой константы калориметра применяется метод сжигания в бомбе калориметра эталонной бензойной кислоты. Теплота сгорания 1г бензойной кислоты равна 26455 Дж/г. Перед употреблением бензойная кислота должна быть высушена в эксикаторе над серной кислотой. Бензойная кислота хорошо сгорает только в брикетированном виде. Сгорание бензойной кислоты проводится, как описано выше. Определив поправку на теплоту образования азотной кислоты, вычисляют тепловую константу калориметра по формуле:

, (2)

где а - навеска бензойной кислоты (г), в - вес сгоревшей части запальной проволоки (г), - число мл 0,1 н раствора едкого натра, израсходованных на титрование смывных вод из бомбы, В - теплота сгорания 1 г проволоки.

Получить у преподавателя вещество и определить его мольную теплоту сгорания по уравнению :

,

где m – масса. органического вещества в приготовленной таблетке, M – молярная масса. Рассчитать ΔHсгор. органического вещества считая все газы идеальными.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Перед выполнением работы

1. Сформулируйте цель вашей работы к перечислите ее основные этапы.

2. Назовите основные блоки комплекса аппаратуры для определения теплот сгорания, используемые в данной лабораторной работе

3. Кратко опишите внешнее и внутреннее устройство калориметра

4. Зачем необходимо брикетирование исследуемого вещества? Какова роль железной проволоки?

5. Как производится определение постоянной калориметра? Дайте расчетную формулу и поясните физический смысл всех входящих в нее величин.

6. Как определить истинное значение изменения температуры калориметра?