Лабораторный практикум по химии (стр. 16 )

Экспериментальное определение теплоты растворения проводят в калориметрах. В данной работе используются те же калориметры, которые применяются в работе «Тепловой эффект реакции». Рисунок и описание калориметра смотрите в этой работе. Описание методики определения теплоемкости калориметра с помощью горячей воды для удобства проведения данной работы повторяется и, кроме того, приводится методика определения этой величины с помощью хлорида аммония.

Экспериментальная часть

Опыт 1. Определение теплоемкости калориметра

с помощью горячей воды

Ход опыта. 1. Записать температуру калориметра .

2. Набрать в стакан с помощью мерного цилиндра 100 мл нагретой до 50–60 воды, температуру измерить с точностью до и записать . Быстро вылить нагретую воду во внутренний стакан калориметра. Постоянно перемешивая, через каждую минуту замерять температуру воды в калориметре и показания термометра заносить в таблицу

Время, мин	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10

В ходе измерений наблюдается три периода: 1) температура в калориметре быстро уменьшается (нагревается внутренний стакан калориметра); 2) температура стабилизируется (наступает Теплове равновесие); 3) температура медленно уменьшается (за счет рассеивания тепла). Для расчетов теплоемкости брать температуру второго периода, остающуюся постоянной в течение 2-3 мин. Эту температуру назовем равновесной и обозначим символом (греч. «тэта»).

Количество тепла, сообщенное калориметру нагретой водой, определяется по уравнению:

(3)

Количество теплоты, поглощенное калориметром, определяется по уравнению:

(4)

Поскольку левые части уравнений (3) и (4) равны, то приравниваем правые части и получаем формулу для расчета теплоемкости калориметра:

(5)

Определяемая по формуле (5) величина измеряется в .

Опыт 2. Определение теплоёмкости калориметра

с помощью хлорида аммония

Растворение хлорида аммония сопровождается поглощением тепла, теплота растворения равна . Таким образом, при растворении происходит понижение температуры. По величине понижения температуры можно определить теплоемкость калориметра.

Ход опыта. 1. Во внутренний стакан калориметра налить 100 мл воды, выдержанной в комнате; температуру записать .

2. Взвесить 10,0 г хлорида аммония.

3. Всыпать хлорид аммония в калориметр. Постоянно перемешивая, через каждую минуту замерять температуру раствора и записывать ее в таблицу, такую же, как в опыте 1.

В ходе опыта наблюдается три периода: 1) температура в калориметре уменьшается, т. к. идет растворение с поглощением тепла; 2) температура стабилизируется (растворение закончилось); 3) температура медленно повышается за счет поступления тепла извне. Для расчетов берется температура второго периода .

Теплоемкость калориметра вычисляется по формуле:

где – теплота растворения хлорида аммония, пересчитанная на взятую навеску соли.

Опыт 3. Определение теплоты растворения нитрата калия

Ход опыта. 1. Во внутренний стакан калориметра налить 100 мл воды, выдержанной в комнате; температуру записать (Т).

2. Взвесить 10,0 г нитрата калия.

3. Всыпать нитрат калия в калориметр. Постоянно перемешивая, через каждую минуту замерять температуру раствора и записывать ее в таблицу, такую же, как в опыте 1.

В ходе опыта также наблюдается три периода (см. опыт 2): Для расчетов берется температура второго периода (θ).

Количество поглощенного тепла вычисляется по формуле:

,

где – теплоемкость калориметра.

Затем производится пересчет на один моль нитрата калия .

Погрешность опыта (в %) вычисляется по формуле:

с учётом теоретической величины теплоты растворения нитрата калия, которая равна 36,3 кДж/моль.

В отчёте описать опыт и объяснить поглощение теплоты при растворении этого вещества.

Опыт 4. Определение теплоты растворения гидроксида натрия

Ход опыта. 1. Во внутренний стакан калориметра залить 100 мл воды, замерить температуру воды и записать показание термометра.

2. Взвесить 10,0 г гидроксида натрия, соблюдая меры предосторожности при работе с сухими щелочами.

3. Щелочь всыпать во внутренний стакан и, непрерывно перемешивая, с интервалом в 30 с, замерять температуру; показания термометра заносить в таблицу, такую же по форме, как в опыте 1.

4. Вычислить теплоту растворения с помощью уравнения (для расчетов брать температуру второго периода):

,

где – изменение температуры, – теплоёмкость калориметра.

Полученную величину привести к одному молю щелочи по уравнению:

,

где – навеска вещества (10 г), – молярная масса вещества.

В отчете описать опыт, привести рисунок калориметра, таблицы опытных данных и все вычисления. Сравнить полученную опытную величину энтальпии растворения с табличной и вычислить погрешность опыта. Объяснить выделение теплоты при растворении этого вещества.

Опыт 5. Определение теплоты гидратации сульфата меди

Теплота гидратации определяется по теплоте растворения безводной соли и кристаллогидрата.

Ход опыта. 1. Получить у лаборанта безводный сульфат меди (II) и кристаллогидрат – медный купорос . На технохимических весах или электронных весах взять навески по 10 г обоих веществ.

2. Провести опыт по растворению безводной соли, а затем повторить его для кристаллогидрата. Последовательность операций (ход опыта) такая же, как в опытах 3 и 4.

По результатам опытов вычислить теплоту растворения безводной соли и кристаллогидрата .

Рассчитать опытное значение теплоты гидратации безводной соли, исходя из следующих соображений. Теплота растворения безводной соли – это сумма теплоты гидратации сульфата меди и теплоты растворения полученного кристаллогидрата. Иными словами, растворение безводного сульфата меди (II) можно представить состоящим из двух стадий:

По закону Гесса , следовательно

Сравнить полученную в опыте величину теплоты гидратации сульфата меди (II) со справочным значением , вычислить погрешность опыта и сделать вывод.

Контрольные вопросы и задания

1. Какое количество теплоты называется теплотой растворения вещества? Чем отличается от теплоты растворения энтальпия растворения?

2. Как называются две стадии, на которые можно разделить (теоретически) процесс растворения вещества в воде? Какая из них для для солей является эндотермическим, а какая экзотермическим процессом?

3. Почему все кислоты и щелочи растворяются в воде с выделением тепла, а большинство солей – с поглощением?