27.10.2010	Mateusz Kaniewski	Gr.V
Ćwiczenie 16	WYZNACZANIE CIEPEŁ ROZPUSZCZANIA TRUDNO ROZPUSZCZALNYCH WODOROTLENKÓW

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie ciepeł rozpuszczania wodorotlenków wapnia, magnezu i cynku.

1. Wykonanie ćwiczenia:

1). Do kalorymetru wlałem, odmierzone cylindrem miarowym, 400 cm³ roztworu HCl. W roztworze tym zanurzyłem termometr Beckmanna i mieszadło. Włączyłem mieszadło i tak przygotowany zestaw kalorymetryczny pozostawiłem na co najmniej 15 minut, dla wyrównania temperatur. Wtedy rozpocząłem pomiary (okres I), odczytując wskazania termometru Beckmanna co 30 sekund, przez 5 minut. Następnie, nie przerywając mieszania i odczytów temperatury co 30 s, wprowadziłem do roztworu 2 g MgO i notowałem zmiany temperatury aż do momentu jej ustalenia się i potem jeszcze przez 3 - 4 minuty.

1.) W sposób analogiczny, do opisanego w pkt. 1, wykonałem pomiary dla 4 g ZnO.

3.) Do kalorymetru wlałem, odmierzone cylindrem miarowym, 400 cm³ wody destylowanej, zanurzyłem mieszadło i termometr Beckmanna i, po ustaleniu się temperatury, rozpoczołem pomiary, odczytując wskazania termometru co 30 s, przez 5 min. Następnie, nie przerywając mieszania i odczytów temperatury co 30 s, wprowadziłem do wody 0,25 g CaO. Po zakończeniu okresu głównego notowałem odczyty temperatury jeszcze przez co najmniej 3 - 4 minuty, po czym wprowadziłem do roztworu dodatkowo 5 g CaO.

II. Wyniki pomiarów:

Związek		MgO		ZnO		CaO I próbka	CaO II próbka
Masa naważki [g]		2,0012		4,0066		0,2891	4,8220
	Okres I	Okres główny	Okres I	Okres główny	Okres I	Okres II	Okres III
Wyniki pomiarów termometrem Beckmanna [K]	0,8	1,24	1,08	1,67	1,1	1,01	0,98
		0,79	1,63	1,07	1,77	1,09	1,01	1,04
		0,78	1,83	1,07	1,84	1,08	1	1,09
		0,77	2,03	1,06	1,89	1,07	1	1,1
		0,77	2,12	1,05	1,93	1,06	0,99	1,1
		0,76	2,21	1,05	1,98	1,05	0,98	1,1
		0,75	2,27	1,04	2,02	1,04	0,97	1,1
		0,74	2,33	1,04	2,05	1,03	0,96	1,1
		0,74	2,38	1,03	2,08	1,03	0,96	1,11
		0,73	2,43	1,02	2,11	1,02	0,95	1,11
		0,72	2,47	1,02	2,13	1,01	0,95	1,11
		0,72	2,5	1,01	2,15	1,01	0,94	1,11
		0,71	2,53	1,01	2,17	1,01	0,94	1,11
		0,71	2,56	1	2,19	1	0,93
		0,7	2,58	1	2,21		0,93
		0,69	2,61	0,99	2,23		0,92
		0,69	2,63		2,25		0,92
		0,68	2,66		2,26		0,91
		0,67	2,68		2,27		0,91
			2,7		2,28
			2,72		2,3
			2,74		2,31
			2,76		2,32
			2,78		2,33
			2,8		2,34
			2,82		2,35
			2,84		2,35
			2,85		2,36
			2,87		2,36
			2,89		2,37
			2,9
			2,92
			2,93
			2,95
			2,96
			2,97

Tabela 1.

III. Opracowanie wyników:

1. Obliczenie Q_{1 MgO}, Q_{1 ZnO}, Q₅, Q₆:

Q = (mc_w + K) ΔT, (1)

gdzie: K - wartość wodna kalorymetru - 30 cal/K (w przeliczeniu na joule

wynosi 125,52[J/K]),

ΔT - przyrost temperatury (obliczam na podstawie różnicy między najwyższym wynikiem na termometrze Beckmanna a najniższym tzn. dla Q_{1 MgO} używamy danych z okresu głownego dotyczące MgO,
Q_{1 Zno} podobnie, zaś Q₅ i Q₆ odpowiednio okresu II i III)

m - masa roztworu (400 [cm³]*1,039 [g/ cm³]+m_substancji)

c_w - ciepło właściwe roztworu - przyjmuję wody (4,18 [J/g*K])

ΔT wynoszą odpowiednio:

ΔT_{1 MgO}= 1,73 [K]

ΔT_{1 ZnO}= 0,7 [K]

ΔT₅= 0,1 [K]

ΔT₆= 0,13 [K]

Na podstawie wyników z Tabeli 1., wzoru 1 i wyników ΔT otrzymujemy odpowiednio:

Q_{1 MgO}= 3,24 [kJ]

Q_{1 ZnO}= 1,31 [kJ]

Q₅= 0,18 [kJ]

Q₆= -0,24[kJ]

A w przeliczeniu na jeden mol substancji:

Q_{1mol MgO}= 65,19 [kJ]

Q_{1mol Zno}= 162,92 [kJ]

Q_5mol = 34,89 [kJ]

Q_6mol = -2,75[kJ]

2. Wyznaczanie ciepła rozpuszczania wodorotlenków magnezu i cynku:

a)

I MgO + 2HCl_(r) = MgCl₂ + H₂O Q_{1mol MgO}

II MgO + H₂O = Mg(OH)_2(st) Q_{2 MgO}

III Mg(OH)_2(st) = Mg(OH)_2(r) Q_{3 MgO}

IV Mg(OH)_2(r) + 2HCl = MgCl₂ + 2H₂O Q_{4 MgO}

Q_{3 MgO} = Q_{1 mol MgO} - ( Q_{2 MgO}+ Q_{4 MgO} ) ,

gdzie: Q_{1 mol MgO} - ciepło, które wyznaczono na drodze pomiarów kalorymetrycznych,

Q_{2 MgO} - ciepło, które można wyliczyć, znając ciepła tworzenie substancji reagujących,

Q_{3 MgO} - ciepło rozpuszczania wodorotlenku,

Q_{4 MgO} - ciepło reakcji zobojętniania (-58,24 [kJ/mol])

Wyznaczanie Q_{2 MgO}:

MgO + H₂O_(c) = Mg(OH)_2(st) Q_{2 MgO}

ΔH_{tw MgO} = -601,70 [kJ/mol]

ΔH_{tw Mg(OH)2(st)} = -924,66 [kJ/mol]

ΔH_{tw wody(ciecz)} = -285,83 [kJ/mol]

Q_{2 MgO}= ΔH_{tw Mg(OH)2(st)} - ΔH_{tw wody(ciecz)} - ΔH_{tw MgO} = -37,13 [kJ/mol]

Q_{3 MgO} = 160,53 [kJ/mol]

b) Podobne dzialania wykonujemy dla wodorotlenku cynku:

I ZnO + 2HCl_(r) = ZnCl₂ + H₂O Q_{1mol ZnO}

II ZnO + H₂O = Zn(OH)_2(st) Q_{2 ZnO}

III Zn(OH)_2(st) = Zn(OH)_2(r) Q_{3 ZnO}

IV Zn(OH)_2(r) + 2HCl = ZnCl₂ + 2H₂O Q_{4 ZnO}

Q_{3 ZnO} = Q_{1 mol ZnO} - ( Q_{2 ZnO} + Q_{4 ZnO} ) ,

gdzie: Q_{1 mol ZnO} - ciepło, które wyznaczono na drodze pomiarów kalorymetrycznych,

Q_{2 ZnO} - ciepło, które można wyliczyć, znając ciepła tworzenie substancji reagujących,

Q_{3 ZnO} - ciepło rozpuszczania wodorotlenku,

Q_{4 ZnO} - ciepło reakcji zobojętniania (-58,24 [kJ/mol])

Wyznaczanie Q_{2 MgO}:

ZnO + H₂O_(c) = Zn(OH)_2(st) Q_{2 Zno}

ΔH_{tw ZnO} = -348,28 [kJ/mol]

ΔH_{tw Zn(OH)2(st)} = -613,89 [kJ/mol]

ΔH_{tw wody(ciecz)} = -285,83 [kJ/mol]

Q_{2 ZnO}= ΔH_{tw Zn(OH)2(st)} - ΔH_{tw wody(ciecz)} - ΔH_{tw ZnoO} = 30,22 [kJ/mol]

Q_{3 ZnO} = 160,94 [kJ/mol]

3). Wyznaczanie ciepła rozpuszczania wodorotlenku wapnia:

V CaO + nH₂O = Ca(OH)_2(st) + (n-1)H₂O Q₅ ,

VI CaO + Ca(OH)_2(st) + nH₂O = 2Ca(OH)_2(r) + (n-1)H₂O Q₆ ,

Q_{7 =}
(Q₆ - Q₅) = 16,07 [kJ/mol]

IV. Cześć graficzna:

V. Wnioski:

Z racji tego, ze nie mogłem znaleźć literaturowych wartości ciepła rozpuszczania dla wodorotlenków magnezu, cynku i wapnia, nie wykonałem analizy błędów, oraz nie jestem pewien co do wiarygodności otrzymanych wyników.

---