Практикум по физической химии (стр. 3 )

1.3. Лабораторная работа 1.

Определение теплоты растворения металлического магния Mg в растворе соляной кислоты HCl.

Цель работы: Определение теплоты растворения металлического магния Mg в растворе соляной кислоты HCl.

Приборы и реактивы

1.  Калориметрическая система (модули «Термостат» и «Универсальный контроллер» учебно-лабораторного комплекса «Химия»),

2.  Mg металлический g@0,05г.,

3.  KCl *****@***г

4.  Раствор HCl 0,1 N 100мл.

Порядок выполнения работы.

1.  Включить контроллер и запустить программу управления – elsms2.exe.

2.  В появившемся окне инициализации («Добро пожаловать в УЛК») необходимо выбрать вариант работы – «Работа с контроллером» (см. рис. 1.3.) и войти в программу управления путём нажатия кнопки «Вход».

Рис.1.3. Окно инициализации программы управления.

3.  Далее попадаем в окно управления программой. Включаем термодатчик (1-й или 2-й измерительный каналы) и активируем контроллер.

4.  При проведении эксперимента измеряется температура, поэтому нужно установить в соответствующем окне интервал измерений и число измерений (см. рис. 1.4).

Рис.1.4. Окно параметров эксперимента.

5.  Так как измерение проводится при перемешивании, необходимо установить интенсивность перемешивания (рекомендуется – 3) и включить мешалку кнопкой «Мешалка»

6.  В ходе проведения работы необходимо провести два опыта, поэтому для каждого эксперимента необходимо указывать, например, массу навески (тогда в правом верхнем углу графика будет указана масса навески). Для этого в группе элементов «Дополнительный параметр» необходимо выбрать пункт «Общий» и в поле «Значение» указать массу навески. Размерность указывается поле «Размерность».

7.  Определение постоянной калориметра. Для этого стакан, в который налито 70-100 мл 0,1 N раствора соляной кислоты, установить в калориметр и закрыть крышкой с укреплённым в ней датчиком температуры. В отверстие крышки вставить специальную пробирку, в которую предварительно насыпано 2 г измельчённой соли KCl. Измерение начинают включением кнопки «Измерение» (см. рис. 1.4). При этом появится окно состояния измерения – «Обмен данными с контроллером» рис. 1.5.

8.  Предварительный период опыта сводится к выходу калориметрической системы на стационарный режим. По истечении 1-2 мин равномерного хода температуры засыпают взвешенную соль KCl в калориметр.

Рис.1.5. Окно «Обмен данными с контроллером»

9.  Главный период. Растворение соли сопровождается скачкообразным изменением температуры.

10.  Заключительный период. После полного растворения соли необходимо дождаться установления плавного и равномерного хода температуры в течение 3-5 мин и остановить измерение путём нажатия кнопки «СТОП» (см. рис. 1.5). При этом экспериментальные данные автоматически запоминаются и установка переходит в режим управления.

11.  Для проведения дальнейших измерений необходимо взвесить в пробирке около 0.05 г металлического магния. Укрепить пробирку с магнием в крышке калориметра.

12.  Нажать кнопку «Текущее состояние» и выполнить работу согласно пунктов 4-10.

13.  Обработка результатов эксперимента. После проведения всех экспериментов получены первичные данные зависимости температуры от времени, хранящиеся в памяти. Для построения графиков необходимо перейти на экран «Графики» (см. рис. 1.6, 1.7). Добавление графика осуществляется нажатием кнопки [«Зелёный плюс»]. В специальном окне, в котором определяется соответствие между координатами графика и данными, полученными на измерительных каналах, необходимо выбрать для оси абсцисс (X) «Время», а для оси ординат (Y) – требуемый канал (в нашем случае – «1. Термодатчик»).

Рис.1.6. Окно выбора соответствия между координатами графика и данными.

Рис.1.7. Окно «Графики»

Остальные графики строятся аналогично. В дальнейшем переключение между графиками осуществляется клавишами «<» и «>» в правой части управляющей палитры. Там же отображается и номер эксперимента. Величина навески отображается в правом верхнем углу графика.

14.  Необходимые линии для определения ΔT проводят следующим образом. Нажать кнопку «Прямая линия», подвести курсор к соответствующей точке графика и, нажав один раз левую клавишу мышки, установить начальную точку прямой (см. рис. 1.8), затем провести прямую по точкам. Зафиксировать линию нужно повторным нажатием кнопки (для отмены – нажать правой клавишей мыши). Для измерения ΔT, вначале убираем «галочку» в поле «Измерения на суммарный график», а затем проводим вертикальную линию до пересечения с линиями предварительного и заключительного периодов. Для этого нажимаем кнопку «Линейка», устанавливаем курсор на одной из линий и проводим вертикальную прямую. В секторе «Результат» «dY» появится значение ΔT.

Рис.1.8. Окно «Графики» при измерении температурного скачка

Примечание: Изменить масштаб графика можно с помощью кнопок, расположенных в левом верхнем углу окна. Проведённые линии можно убрать, используя соответствующие режимы. В режиме «Прямая линия» подвести курсор к линии и нажать правую кнопку мыши.

15.  Полученные графики могут быть распечатаны на принтере с сохранением выбранного масштаба и элементов оформления. Для этого необходимо перейти в окно «Отчёт» и выбрать требуемые для печати графики, рис. 1.9.

Рис.1.9. Окно «Отчёт».

16.  Используя измеренные величины температурных скачков ΔT, рассчитать постоянную калориметра и мольную теплоту растворения магния по ур. (1.10). Полученный результат необходимо сравнить со справочным значением и оценить относительную погрешность измерения.

Интегральная теплота растворения KCl при 25 С.

m, моли соли на 1 кг H2O	, кДж/моль
	17.23
0.01	17.39
0.02	17.44
0.05	17.51
0.1	17.55
0.2	17.57
0.3	17.55
0.4	17.50

1.4. Лабораторная работа 2.

Определение теплоты образования кристаллогидрата сульфата меди CuSO4´5H2O.

Цель работы – определение теплоты образования кристаллогидрата сульфата меди CuSO4´5H2O.

Количество теплоты, которое затрачивается на образование 1 моль твердого кристаллогидрата из твердой безводной соли и соответствующего количества молей воды, называют теплотой гидратообразования. Значение теплоты гидратообразования напрямую определить очень сложно. Эту величину находят расчетным путем по закону Гесса, по разности интегральных энтальпий растворения кристаллогидрата и безводной соли, взятых в таких количествах, чтобы полученный раствор в обоих случаях имел одинаковую концентрацию. Например:

Измерив экспериментально в калориметре и можно рассчитать теплоту гидратообразования сульфата меди

Приборы и реактивы

1.  Калориметрическая система (модули «Термостат» и «Универсальный контроллер» учебно-лабораторного комплекса «Химия»),

2.  KCl g3@ 2,0 ±0,1 г.,

3.  безводный g2@ 0.6 ±0,1 г.,

4.  g1@ 1 ±0,1 г.

Порядок выполнения работы. В калориметрический стакан наливают 100 мл воды. Для проведения опыта в предварительно взвешенные пробирки, помещают навески: g1@ 1±0,1 г кристаллогидрата сульфата меди , g2@ 0.6±0,1 г свежепрокаленного безводного сульфата меди (порошок белого или бледно желтого цвета) и g3@ 2,0 ±0,1 г хлорида калия.

Методика определения постоянной калориметра и определения теплот растворения кристаллогидрата и безводной соли аналогичны рассмотренной в предыдущей работе.

Обработка результатов эксперимента. Скачки температур на кривых растворения солей измеряют также как и в предыдущей работе и вычисляют энтальпии растворения кристаллогидрата и безводной соли в воде по ур. (1.10). По закону Гесса рассчитывают теплоту гидратообразования .

Полученный результат необходимо сравнить со справочным значением и оценить относительную погрешность измерения.

2. Термодинамика фазовых переходов.

2.1. Краткая теория. Однокомпонентная система.

Условием равновесия гетерогенной системы по i-тому компоненту является равенство химических потенциалов этого компонента в фазах (например, a и b):