Kierunek: Metalurgia 2004/2005
Grupa: II
Numer zespołu: 4
Ćwiczenie nr: 4
Reguła Hessa
Wyznaczanie ciepł rozpuszczania trudno rozpuszczalnych wodorotlenków
Nazwisko i imię:
Paweł Litwin
1. WPROWADZENIE
Reguła Hessa dotyczy ciepła reakcji przebiegającej pod stałym ciśnieniem lub w stałej objętości. Według tej reguły ciepło tak zachodzącej reakcji zależy wyłącznie od stanu wyjściowego i końcowego (rodzaj, ilość, stężenie substratów i produktów reakcji oraz temperatura). Regułę tę stosuje się zazwyczaj do wyliczania ciepła reakcji w oparciu o zebrane w tablicach ciepła tworzenia substancji reagujących.
Reguła Hessa umożliwia również wyznaczenie ciepł reakcji, metodą pośrednią. Metodę tą stosujemy, gdy bezpośredni pomiar jest trudny lub praktycznie niemożliwy.
2. CEL ĆWICZENIA
Celem ćwiczenia jest wyznaczenie ciepł rozpuszczania wodorotlenku magnezu.
Bezpośrednie wyznaczenie ciepła rozpuszczania wodorotlenku wapnia nastręcza wielu trudności. Możemy ich jednak uniknąć wyznaczając ciepło rozpuszczania wodorotlenku na drodze pośredniej - w oparciu o pomiar ciepła reakcji odpowiedniego tlenku z roztworem kwasu. Należy przy tym tak dobrać kwas, aby powstająca sól była dobrze rozpuszczalna (np. kwas solny).
Można przedstawić dwa schematy przebiegu reakcji tlenku z wodnym roztworem kwasu:
I: MO + 2HCLroztw →MCL2(roztw) + H2O +Q1
II: MO + H2O → M(OH)2(st) +Q2
M(OH)2(st) + 2 HCLroztw → [M(OH)2 + 2HCL] roztw +Q3
[M(OH)2 + 2HCL] roztw → MCL2(roztw) + 2 H2O +Q4
Stan wyjściowy i końcowy w przypadku obydwu dróg przebiegu jest ten sam, a więc i efekty cieplne procesów I i II są sobie równe:
Q1 = Q2 + Q3 + Q4
Q1 - można wyznaczyć w pomiarze kalorymetrycznym
Q2 - wylicza się znając ciepła tworzenia substancji reagujących
Q3 - jest szukanym ciepłem rozpuszczania wodorotlenku
Q4 - jest ciepłem reakcji zobojętnienia
2. WYKONANIE
Pomiaru dokonuje się w kalorymetrze. Aparatura oraz metodyka pomiaru jest identyczna jak w ćwiczeniu 3.
Wyznaczanie ciepła rozpuszczania wodorotlenku magnezu
Odważamy 4 gramy MgO z dokładnością do 4 miejsc po przecinku.
mMgO = 3,9315 [g]
Do zlewki wewnętrznej kalorymetru wlewamy ok. 500 g 2n kwasu solnego i wykonujemy 10 pomiarów temperatury w odstępach czasu wynoszących 15 [s].
Pomiar temperatury HCl
CZAS [s] |
TEMPERATURA [oC] |
0 |
19,5 |
15 |
19,5 |
30 |
19,5 |
45 |
19,5 |
60 |
19,5 |
75 |
19,5 |
90 |
19,5 |
105 |
19,5 |
120 |
19,5 |
135 |
19,5 |
Następnie do roztworu wprowadzamy 1/10 mola tlenku, tj. około 4g MgO i dokonujemy pomiarów w odstępach 15 sekundowych aż do ustalenia temperatury.
CZAS [s] |
TEMPERATURA [oC] |
CZAS [s] |
TEMPERATURA [oC] |
0 |
19,5 |
165 |
23,8 |
15 |
20 |
180 |
23,5 |
30 |
20,5 |
195 |
24 |
45 |
21,1 |
210 |
24,1 |
60 |
21,6 |
225 |
24,2 |
75 |
22,3 |
240 |
24,3 |
90 |
22,8 |
255 |
24,4 |
105 |
23 |
270 |
24,5 |
120 |
23,2 |
285 |
24,5 |
135 |
23,4 |
300 |
24,5 |
150 |
23,6 |
315 |
24,6 |
330 |
24,6 |
|
|
345 |
24,6 |
|
|
360 |
24,7 |
|
|
375 |
24,7 |
|
|
390 |
24,7 |
|
|
405 |
24,8 |
|
|
420 |
24,8 |
|
|
435 |
24,8 |
|
|
450 |
24,8 |
|
|
msz = 198 [g]
mkw = 500 [g]
ckw = 0,88 [kal/g]
csz = 0,19 [kal/g]
Q=∆H=(msz ∙ csz+mkw ∙ ckw) ∙ ∆Txo
∆Txo = 5,28 [oC]
Q1 = (198 ∙ 0,19 + 500 ∙ 0,88) ∙ 5,3 = 477,62 ∙ 5,3 = -2531,39 [kal]
Obliczamy ilość moli tlenku wiedząc, że dodaliśmy 3,9315[g] MgO
MMgO=40,3044 [g]
1 mol - 40,3044 [g]
x - 3,9315 [g]
x=0,0975 mola
Przeliczamy efekt cieplny na mol tlenku:
Q1==-25962,97 [kal/mol]
Ciepło powstawania stałego wodorotlenku (Q2) można wyliczyć posługując się podanymi w tabeli ciepłami tworzenia.
Ciepła tworzenia w kkal/mol
Temperatura 298oK; p = 1 atm
H2O ciecz |
MgO |
Mg(OH)2st |
-68,35 |
-146,1 |
-218,7 |
Q2 = -68,35 - 146,1 - 218,7= -4,25[kkal/mol]
W naszym przypadku powstaje 0,1 mola Na(OH)2 więc:
Q2=-4250 [kal/mol]
Ciepło zobojętniania kwasu zasadą (Q4) jest wartością stałą. Przyjmujemy wartość 13,92 +/- 0,06 kkal na mol powstającej wody.
W naszym przypadku powstaje 0,2 mola wody, więc:
Q4= 13920⋅2=-27840 [kal/mol]
Za pomocą tych danych możemy wyznaczyć szukane ciepło rozpuszczania.
Q3 = Q1 - Q2 - Q4 =25962,97-4250-27840=--6127,03 [kal/mol]
4. WNIOSKI
Po przeprowadzeniu ćwiczenia widzimy, że można skutecznie wyznaczyć ciepło rozpuszczania danego związku zamieniając właściwy proces rozpuszczania procesem, w którym łatwiej wyznaczyć ciepło reakcji o tych samych produktach końcowych.
4