Metale Nieżelazne 11.12.2005

Metalurgia

Gr. I

Zespół 6

Ćwiczenie nr 3

CIEPŁO ROZPUSZCZANIA

I

NEUTRALIZACJI

Haber Szczepan Ocena

…………

1. Wstęp :

Efekt cieplny rozpuszczania ciała stałego w cieczy jest sumą dwu składowych:

- efektu cieplnego burzenia sieci krystalicznej (proces endotermiczny)

- efektu ewentualnej reakcji cząsteczek substancji rozpuszczonej z cząsteczkami rozpuszczalnika tzw. Solwatacja. (proces egzotermiczny)

Proces bilansujący te dwa efekty cieplne może być więc egzo- lub endotermiczny.

Zagadnienie komplikuje się, jeśli jedna z substancji badanego układu występuje w fazie stałej. Konieczne jest wówczas uwzględnienie ciepła topnienia oraz faktu pojawienia się granicznej rozpuszczalności (roztwory nasycone).

Doświadczalnie wyznacza się zazwyczaj ciepło rozpuszczania 1 mola badanej substancji w różnych ilościach rozpuszczalnika.

Ciepło reakcji kwas-zasada (reakcja zobojętniania):

W wyniku reakcji kwasu z zasadą powstaje zawsze nie zdysocjowana cząsteczka wody.

H⁺+A^-+B⁺+OH^-=H₂O+A^-+B⁺

Istnieją dwie możliwości przebiegu procesu:

1. w przypadku jeśli kwas, zasada i powstająca sól są częściowo zdysocjowane, wówczas obserwowany doświadczalnie efekt cieplny procesu będzie sumą ciepła dysocjacji kwasu i zasady, częściowej asocjacji soli oraz asocjacji jonu wodorowego i hydroksylowego na praktycznie nie zdysocjowaną wodę. Mierzone ciepło reakcji zobojętniania powinno być w takim przypadku zależne od rodzaju reagujących substancji.

2. W przypadku jeśli kwas, zasada oraz sól są praktycznie całkowicie zdysocjowane, ciepło zobojętniania jest praktycznie równe ciepłu powstawania wody. Mierzone ciepło reakcji byłoby w takim przypadku niezależne od rodzaju kwasu i zasady.

2. Cel ćwiczenia:

1. wyznaczenie zależności ciepła rozpuszczania 1 mola NaOH (lub KOH) od ilości moli wody w roztworze

2. wyznaczenie ciepła zobojętniania ługów sodowego i potasowego kwasem solnym i azotowym. W oparciu o uzyskane wyniki należy wyciągnąć wnioski co do stopnia dysocjacji użytych roztworów kwasów i zasad powstających soli.

3. Opracowanie wyników

1. Na wadze aptekarskiej ważymy zlewkę wewnętrzną kalorymetru, wlewamy następnie do niej ok. 540ml H₂O i ważymy ponownie.

M_sz=228g

M_w= 527g

Następnie zamykamy kalorymetr pokrywą, włączamy mieszadełko i wykonujemy 10 odczytów co 15 sekund.

Wprowadzamy do kalorymetru ok. 1/20 mola krystalicznego ługu sodowego. Wykonujemy dalsze odczyty temp. co 15 sekund

Operacje powtarzamy dodając do uzyskanego roztworu kolejno 1/20 / 1/10 , 1/5 mola tego samego ługu (końcowy roztwór zawiera około 2/5 mola ługu)

Dane pomiarowe

Nr pomiaru 1 m1=0 [g] m2=0[g] m=0[g]		Nr pomiaru 2 m1=2[g] m2=4[g] m=2[g]		Nr pomiaru 3 m1=4[g] m2=8[g] m=4[g]		Nr pomiaru 4 m1=8[g] m2=16[g] m=8[g]
Czas t [sec]	Temp t^0 [^0C]	Czas t [sec]	Temp t^0 [^0C]	Czas t [sec]	Temp t^0 [^0C]	Czas t [sec]	Temp t^0 [^0C]
15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 205 220 235 250	18,0 18,0 18,0 18,0 18,0 18,0 18,0 18,0 18,1 18,1	15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 205 220 235 250	18,1 18,2 18,2 18,3 18,4 18,45 18,5 18,5 18,6 18,7 18,8 18,8 18,8 18,8 18,8 18,8 18,8	15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 205 220 235 250	18,9 19,1 19,3 19,4 19,6 19,8 19,85 20,0 20,1 20,15 20,2 20,3 20,35 20,4 20,4 20,4 20,4	15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 205 220 235 250	21,0 21,4 21,7 22 22,2 22,4 22,7 22,8 23,0 23,2 23,3 23,4 23,5 23,55 23,6 23,6 23,6

Wyliczeni efektu cieplnego badanego procesu jest możliwe w oparciu o pomiar zmiany temp Δ t⁰_x w czasie jego przebiegu w układzie kalorymetrycznym. Obliczenia należy dokonać na podstawie bilansu cieplnego:

Q=ΔH=(m_sz*c_sz+m_w*c_w)* Δ t⁰_x

Wyrażenie w nawiasie określa pojemność cieplna kalorymetru.

m_sz=228g

m_w=527g

c_sz=0,19[kal/g]

c_w=1[kal/g]

Obliczamy dodanie do H₂O 1/20 mola NaOH (2g)

1. Δ t⁰_x = 0,1 [⁰C]

Q₁=[228g*019[kal/g]+527g*1[kal/g]]*0,1[⁰C]

Q₁=57,032[cal]

2. Δ t⁰_x =0,7[⁰C]

Q₂=[228g*0,19[kal/g]+527g*1[kal/g]]*0,7[⁰C]

Q₂=399,224[cal]

3. Δ t⁰_x =1,6[⁰C]

Q₃=228g*0,19[kal/g]+527g*1[kal/g]]*1,6

Q₃=912,512[cal]

4. Δ t⁰_x =2,9[⁰C]

Q₄=[228g*0,19[kal/g]+527g*1[kal/g]]*2,9

Q₄=1653,928[cal]

Sumaryczne ciepło rozpuszczania n moli ługu:

1. 57,032[cal]

2. 57,032+399,224=456,256[cal]

3. 456,256+912,512=1368,768[cal]

4. 1368,768+1653,928=3022,695[cal]

Sumaryczne ciepło rozpuszczania na 1 mol ługu Q = Q₂/n₂

1. Q=57,032/ 1/20 =1140,64[cal/mol]

2. Q=456,256/ 1/10=456,56[cal/mol]

3. Q=1368,256/ 1/5=6843,84[cal/mol]

4. Q=3022,695/ 2/5=7556,7375[cal/mol]

Ilość moli wody przypadająca na mol ługu w roztworze:

ⁿH₂O=ⁿH₂O/n₂

1mol - 18g H₂O

X -- 527g H₂O

X= 29,27

1. ⁿH₂O=29,27/ 1/20=585,4

2. ⁿH₂O=29,27/ 1/10=292,7

3. ⁿH₂O=29,27/ 1/5=146,35

4. ⁿH₂O=29,27/ 2/5=73,175

Wartości ciepła rozpuszczania wyliczone w oparciu o dane z tabeli 3,1
Nr pomiaru	Ilość ługu Dodaneg W pomiarze n1[mol]	Sumaryczna Ilośc ługu W roztworze n2[mol]	ΔT^0x [^0C]	Ciepło Rozpuszczani n1 moli w r-r Q1[cal]	Sumar-yczne Ciepło rozpuszczania N moli ługu Q2 [cal]	Sumaryczne ciepło Rozpuszczania na 1mol ługu [cal/mol]	Ilość moli wody przypadająca na mol ługu w r-r
1	1/20	1/20	0,1	57,032	57,032	1140,64	585,4
2	1/20	1/10	0,7	399,224	456,256	4562,56	292,7
3	1/10	1/5	1,6	912,512	1368,768	6843,84	146,35
4	1/5	2/5	2,9	1653,928	3022,695	7556,737	73,175

Obliczanie ciepła zobojętniania NaOH

1. do uzyskanego wcześniej roztworu dodajemy 25ml 4n HCl

Q=ΔH=(m_szc_sz+m_wc_w)ΔT_x+m_kwc_wΔt^o'_x

m_sz=228g

m_w=527g

c_sz=0,19[kal/g]

c_w=1[kal/g]

m_kw=26,75g

ΔT_x=0,4

Δt^o'_x= ΔT_x(cp- ckw)= 0,4-(18-26)

Δt^o'_x=8,4⁰C

Q=(228g*0,19[kal/g]+527g*1[kal/g]]*0,4+26,75g*1*8,4

Q=452,828[cal]

2. dodajemy do tego samego roztworu 25ml 4n HNO₃:

m_kw=28,25g

ΔT_x=0,6

Δt^o'_x= ΔT_x(cp- ckw)=0,6-(19-27,6)

Δt^o'_x=9,2⁰C

Q=[228g*0,19[kal.g]+527g*1[kal/g]]0,6+28,25*9,2

Q=602,092[cal]

Obliczanie ciepła zobojętniania dla KOH:

m_sz=228g

m_w=547g

c_sz=0,19[kal/g]

c_w=1[kal/g]

1. do uzyskanego wcześniej roztworu dodajemy 25ml 4n HCl

m_kw=26,75g

ΔT_x=0,3

Δt^o'_x= ΔT_x(cp- ckw)=0,3-(18,8-27,1)

Δt^o'_x=11,3⁰C

Q=[228g*0,19[kal/g]+547g*1[kal/g]]0,3+26,75*11,3

Q=479,371[cal]

2. dodajemy do tego samego roztworu 25ml 4n HNO₃:

m_kw=28,25g

ΔT_x=0,3

Δt^o'_x= ΔT_x(cp- ckw)=0,3-(18,8-18,7)

Δt^o'_x=10,2⁰C

Q=[228g*0,19[kal/g]+547g*1[kal/g]]0,3+28,25g*10,2

Q=465,246[cal]

---