P O L I T E C H N I K A G D A C
S K A
KATEDRA CHEMII FIZYCZNEJ
GRUPA: IV LABORATORIUM CHEMII FIZYCZNEJ
Nazwisko i ImiÄ™
ĆWICZNIE Nr 1
KIERUNEK
Witkowski STUDIÓW
Temat: Kalorymetria  wyznaczanie ciepła
neutralizacji Grzegorz Biotechnologia
Data ćwiczenia: 15.12.2006
Data złożenia sprawozdania: 22.12.2006
Asystent: dr inż. Teresa Gampe Ocena:
I  ZESTAWIENIE WYNIKÓW POMIARÓW
 wyniki przedstawiają wielkość napięcia na niezrównoważonym mostku Wheatstone a dla reakcji
neutralizacji Ur oraz dla dwóch kalibracji kalorymetru U1 i U2 w zależności od czasu t:
lp t min. Ur mV U1 mV U2 mV lp t min. Ur mV U1 mV U2 mV
[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]
1 0,0 0,00 0,02 0,01 26 12,5 6,05 5,85 6,18
2 0,5 0,01 0,06 0,09 27 13,0 6,08 6,63 6,96
3 1,0 0,04 0,10 0,14 28 13,5 6,10 6,89 7,20
4 1,5 0,06 0,15 0,21 29 14,0 6,14 6,95 7,31
5 2,0 0,08 0,21 0,26 30 14,5 6,16 7,01 7,36
6 2,5 0,10 0,24 0,34 31 15,0 6,19 7,06 7,43
7 3,0 0,12 0,28 0,41 32 15,5 6,22 7,10 7,49
8 3,5 0,13 0,34 0,48 33 16,0 6,25 7,17 7,55
9 4,0 0,15 0,38 0,53 34 16,5 6,29 7,21 7,61
10 4,5 0,17 0,44 0,61 35 17,0 6,33 7,27 7,70
11 5,0 0,19 0,49 0,66 36 17,5 6,34 7,30 7,77
12 5,5 0,20 0,54 0,72 37 18,0 6,37 7,35 7,84
13 6,0 0,23 0,59 0,79 38 18,5 6,41 7,43 7,92
14 6,5 0,25 0,63 0,87 39 19,0 6,45 7,47 7,96
15 7,0 0,28 0,71 0,95 40 19,5 6,47 7,54 8,04
16 7,5 0,29 0,75 1,00 41 20,0 6,50 7,59 8,12
17 8,0 0,32 0,80 1,08 42 20,5 6,54 7,64 8,19
18 8,5 0,34 0,86 1,16 43 21,0 6,56 7,68 8,26
19 9,0 0,36 0,91 1,23 44 21,5 6,60 7,72 8,34
20 9,5 0,41 0,96 1,29 45 22,0 6,65 7,79 8,41
21 10,0 5,36 1,16 1,54 46 22,5 6,68 7,84 8,47
22 10,5 5,88 1,94 2,31 47 23,0 6,73 7,90 8,53
23 11,0 5,95 2,86 3,25 48 23,5 6,75 7,97 8,61
24 11,5 5,99 3,83 4,21 49 24,0 6,79 8,01 8,66
25 12,0 6,02 4,79 5,19 50 24,5 6,82 8,08 8,75
II  WYKRESY ZALEŻNOŚCI NAPI
CIA OD CZASU
UrI = 0,4 mV (natężenie początkowe dla nieskończenie szybkiego przyrostu w reakcji neutralizacji)
UrII = 5,9 mV (natężenie końcowe dla nieskończenie szybkiego przyrostu w reakcji neutralizacji)
I
U1 = 1,2 mV (natężenie początkowe dla nieskończenie szybkiego przyrostu w pierwszej kalibracji kalorymetru)
II
U1 = 6,7 mV (natężenie końcowe dla nieskończenie szybkiego przyrostu w pierwszej kalibracji kalorymetru)
I
U2 = 1,6 mV (natężenie początkowe dla nieskończenie szybkiego przyrostu w drugiej kalibracji kalorymetru)
II
U2 = 7,0 mV (natężenie końcowe dla nieskończenie szybkiego przyrostu w drugiej kalibracji kalorymetru)
 wykresy są dołączone do sprawozdania na osobnych kartkach.
Ur = f t  wykres dla reakcji neutralizacji
( )
U1 = f t  wykres dla pierwszej kalibracji kalorymetru
( )
U2 = f t  wykres dla drugiej kalibracji kalorymetru
( )
 na wykresach został wyznaczony graficznie przyrost napięcia dla każdego z trzech procesów:
"Ur = UrII -UrI = 5,9 - 0,4 = 5,5 mV
II I
"U1 = U1 -U1 = 6,7 - 1,2 = 5,5 mV
II I
"U2 = U2 -U2 = 7,0 - 1,6 = 5,4 mV
III  OBLICZENIE POJEMNOÅšCI CIEPLNEJ KALORYMETRU
Rg = 49,07 &! (opór grzałki)
Dla pierwszej kalibracji:
Ä = 180 s (czas pracy grzaÅ‚ki)
I1 = 129,0 mA (pierwsze mierzone natężenie prądu płynącego przez grzałkę)
I2 = 129,1mA (drugie mierzone natężenie prądu płynącego przez grzałkę)
"U1 = 5,5 mV (przyrost napięcia)
Dla pierwszej kalibracji:
Ä = 180 s (czas pracy grzaÅ‚ki)
I1 = 127,0 mA (pierwsze mierzone natężenie prądu płynącego przez grzałkę)
I2 = 126,9 mA (drugie mierzone natężenie prądu płynącego przez grzałkę)
"U2 = 5,4 mV (przyrost napięcia)
 wyznaczenie średniego natężenia prądu płynącego przez grzałkę
I1 + I2
I =
2
dla pierwszej kalibracji:
129,0 + 129,1
I = = 129,1mA
2
dla drugiej kalibracji liczymy w analogiczny sposób otrzymując:
I = 127,0 mA
 pojemność cieplną obliczamy z następującego wzoru:
2
I Å" Rg Å" Ä
K =
"U
dla pierwszej kalibracji:
2
129,1Å"103 Å"49,07 Å"180
( )
J kJ
K1 = = 267544,96 = 26,75
5,5 Å"103 V V
dla drugiej kalibracji liczymy w analogiczny sposób otrzymując
kJ
K2 = 26,36
V
 wyznaczenie średniej pojemności cielnej kalorymetru
K1 + K2
K =
2
26,75 + 26,36 kJ
K = = 26,55
2 V
tej wartości będziemy używać do dalszych obliczeń
IV  ZALEŻNOŚĆ CIEPA
A ROZPUSZCZANIA 1 MOLA HCl OD LICZBY MOLI W
Dane literaturowe:
nwody mol Qrozp kJ
[ ] [ ]
5 -62,950
10 -68,180
15 -69,770
25 -71,028
100 -72,492
400 -73,091
1600 -73,430
10000 -73,769
VNaOH = 180 cm3 (objętość roztworu NaOH)
VHCl = 5 cm3 (objętość roztworu HCl)
CNaOH = 0,1 M (stężenie roztworu NaOH)
CHCl = 0,5 M (stężenie roztworu HCl)
mpuste = 226,96 g (masa pustego naczynia Dewara)
mpełne = 406,20 g (masa naczynia Dewara z roztworem NaOH)
g
MH O = 18 (masa molowa wody)
2
mol
 wykres zależności rozpuszczania HCl od liczby moli H2O jest dołączony do sprawozdania na osobnej kartce
 wyznaczenie ilości moli H2O biorących udział w rozpuszczaniu:
zakładamy, że gęstość roztworu HCl równa jest dHCl = 1 g cm3
nHCl = 5 Å"10-3 Å"0,5 = 0,0025 mola
 początkowa ilość moli wody:
VHCl
np = Å"dHCl
MH O
2
5
np = = 0,2778 mola
18
np 0,2778
= = 111moli
nHCl 0,0025
 końcowa moli wody:
VHCl Å"dHCl + (mpeÅ‚ne - mpuste )
nk =
MH O
2
5 + 406,20 - 226,96
( )
nk = = 10,2356 mola
18
nk 10,2356
= = 4092 moli
nHCl 0,0025
 wyznaczenie ciepła rozcieńczenia kwasu
z wykresu odczytuję wartość
kJ
dla 111 moli Qp = -72,55
mol
kJ
dla 4092 moli Qk = -73,55
mol
Qr = Qk - Qp
kJ
Qr = -73,55 -(-72,55 = -1
)
mol
V  CIEPA
O MOLOWE NEUTRALIZACJI
kJ
K = 26,55 (pojemność cieplna kolorymetru)
V
nHCl = 0,0025 mola (ilość moli HCl w roztworze początkowym)
 ilość ciepła wydzielona podczas reakcji
q = -K Å" "Ur
q = -26,55 Å"103 Å"5,5 Å"10-3 = -146,04 J
 molowe ciepło reakcji
q
Q =
nHCl
-146,04 J kJ
Q = = -58416 = -58,41
0,0025 mol mol
 ciepło neutralizacji
Qn = Q - Qr
kJ
Qn = -58,41 -(-1 = -57,41
)
mol
VI  WARTOŚĆ LITERATUROWA CIEPA
A NEUTRALIZACJI
kJ
"Htw H2O(c) = -285,85 (standardowa entalpia tworzenia ciekłej wody)
( )
mol
kJ
+
"Htw H = 0 (standardowa entalpia tworzenia kationu wodorowego)
( )
aq
( )
mol
kJ
-
"Htw OH = -229,94 (standardowa entalpia tworzenia anionu wodorotlenkowego)
( )
aq
( )
mol
 wartość literaturową ciepła neutralizacji mocnego kwasu mocną zasadą obliczamy z prawa Hess a
Na+ + OH- + H+ + Cl- = Na+ + Cl- + H2O
OH- + H+ = H2O
"
Qn = "H - "Hs
p
" + -
Qn = "Htw H2O(c) - "Htw H - "Htw OH
( ) ( ) ( )
aq aq
( ) ( )
kJ
"
Qn = -285,85 -(-229,94 = -55,91
)
mol
VII  WYLICZENIE I DYSKUSJA BA

DÓW POMIARÓW
kJ
Qn = -57,42 (eksperymentalnie wyznaczona wartość ciepła neutralizacji)
mol
kJ
*
Qn = -55,91 (literaturowa wartość ciepła neutralizacji)
mol
 błąd bezwzględny dla Qn wynosi:
*
"Qn = Qn - Qn
kJ
"Qn = -57,42 -(-55,91 = -1,51
)
mol
 błąd względny procentowy dla Qn wynosi:
"Qn -1,51
Å"100% = Å"100% = 2,63%
"
Qn -57,42
Błąd wskazuje na bardzo dokładne wykonanie ćwiczenia. Ewentualne błędy, które mogły się pojawić to:
Czynnik ludzki  błędy wynikające z refleksu przy włączaniu grzałki, jak również spisywanie natężenia,
Błędy urządzeń pomiarowych  każde urządzenie służące do pomiaru działa z pewnym błędem,
Natężenie prądu grzałki  nie było stałe, użyte w obliczeniach jest średnia arytmetyczną dwóch pomiarów,
Niezrównoważony mostek Wheatston a  mierząc natężenie na niezrównoważonym mostku jest pewnym
uproszczeniem
Nieizotermiczny kalorymetr  występowała minimalna wymiana ciepła z otoczeniem
Uproszczenia w liczeniu ilość moli kwasu i wody
Graficzne wyznaczenie "U na wykresach
Ur = f(t)
7
6
5
4
3
2
1
0
0 5 10 15 20 25
t [min.]
r
U [mV]
U1 = f(t)
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 5 10 15 20 25
t [min.]
1
U [mV]
U2 = f(t)
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 5 10 15 20 25
t [min.]
2
U [mV]
Zależność ciepła rozpuszczania 1 mola HCl od liczby moli H2O
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
-62
-64
-66
-68
-70
-72
-74
n H2O [mole]
Q [kJ]