Ćwiczenie nr 16
WYZNACZANIE CIEPEŁ ROZPUSZCZANIA TRUDNO ROZPUSZCZALNYCH WODOROTLENKÓW
Celem ćwiczenia jest wyznaczenie ciepeł rozpuszczania wodorotlenków wapnia, magnezu i cynku.
Aparatura i szkło: Odczynniki:
kalorymetr, termometr Beckmanna, MgO, ZnO, CaO - stałe,
stoper, cylinder miarowy, szkiełko zegarkowe, 2 N HCl
łyżeczka
WYKONANIE ĆWICZENIA:
Do kalorymetru wlać, odmierzone cylindrem miarowym, 400 cm3 roztworu HCl. W roztworze tym zanurzyć termometr Beckmanna i mieszadło. Włączyć mieszadło i tak przygotowany zestaw kalorymetryczny pozostawić na co najmniej 15 minut, dla wyrównania temperatur. Wtedy rozpocząć pomiary (okres I), odczytując wskazania termometru Beckmanna co 30 sekund, przez 5 minut. Następnie, nie przerywając mieszania i odczytów temperatury co 30 s, wprowadzić do roztworu 2 g (wcześniej odważonego) MgO i notować zmiany tempratury aż do momentu jej ustalenia się (okres główny) i potem jeszcze przez 3 - 4 minuty (co 30 s).
W sposób analogiczny, do opisanego w pkt. 1, wykonać pomiary dla 4 g ZnO.
Do kalorymetru wlać, odmierzone cylindrem miarowym, 400 cm3 wody destylowanej, zanurzyć mieszadło i termometr Beckmanna i, po ustaleniu się temperatury, rozpocząć pomiary, odczytując wskazania termometru co 30 s, przez 5 min (okres I). Następnie, nie przerywając mieszania i odczytów temperatury co 30 s, wprowadzić do wody 0,25 g CaO (odważonego wcześniej na wadze analitycznej). Po zakończeniu okresu głównego notować odczyty temperatury jeszcze przez co najmniej 3 - 4 minuty, po czym wprowadzić do roztworu dodatkowo 5 g CaO (odważonego na wadze laboratoryjnej) i w taki sam sposób wyznaczyć efekt cieplny tej reakcji.
OPRACOWANIE WYNIKÓW:
Na wykresach przedstawić przebieg zmian temperatury w czasie dla poszczególnych pomiarów i określić (graficznie) przyrost ΔT.
Korzystając ze wzoru (1), wyliczyć ciepła zmierzone w kalorymetrze:
Q1 = (mcw + K) ΔT, (1)
gdzie: K - wartość wodna kalorymetru - 30 cal/oC,
ΔT - przyrost temperatury,
m - masa roztworu,
cw - ciepło właściwe roztworu.
Wodorotlenki magnezu, cynku i wapnia należą do trudno rozpuszczalnych związków chemicznych. Dodatkową trudność stanowi uzyskanie ich w postaci umożliwiającej dokładne odważenie (w czasie suszenia może nastąpić częściowy rozkład). Trudności tych unikamy, wyznaczając ciepła rozpuszczania wodorotlenków na drodze pośredniej, w oparciu o pomiar ciepła reakcji odpowiedniego tlenku z roztworem kwasu.
Przebieg reakcji tlenku z wodnym roztworem kwasu można przedstawić za pomocą dwóch schematów:
I MO + 2HCl(r) = MCl2 + H2O Q1
II MO + H2O = M(OH)2(st) Q2
III M(OH)2(st) = M(OH)2(r) Q3
IV M(OH)2(r) + 2HCl = MCl2 + 2H2O Q4
Q3 = Q1 - ( Q2 + Q4 ) ,
gdzie: Q1 - ciepło, które wyznaczono na drodze pomiarów kalorymetrycznych,
Q2 - ciepło, które można wyliczyć, znając ciepła tworzenie substancji reagujących,
Q3 - ciepło rozpuszczania wodorotlenków,
Q4 - ciepło reakcji zobojętniania (-13,92 kcal/mol) .
W przypadku wodorotlenku wapnia, łatwiej rozpuszczalnego niż Mg(OH)2 i Zn(OH)2 , bezpośrednio wyznaczamy ciepło rozpuszczania. Jeżeli efekt cieplny rozpuszczanie 0,25 g CaO oznaczymy jako Q5:
V CaO + nH2O = Ca(OH)2(st) + (n-1)H2O Q5 ,
a efekt cieplny rozpuszczania 5 g CaO oznaczymy jako Q6:
VI CaO + Ca(OH)2(st) + nH2O = 2Ca(OH)2(r) + (n-1)H2O Q6 ,
to efekt cieplny reakcji rozpuszczania 1 mola Ca(OH)2 - Q7 - obliczamy:
Q7 = 
(Q6 - Q5) .
Wyszukiwarka