Numer ćwiczenia: 17	Temat ćwiczenia: Wyznaczanie entalpii swobodnej (G), entalpii (H) i entropii (S) reakcji zachodzącej w ogniwie Clarka.	Data wykonania ćwiczenia: 18.11.2007
				Data oddania sprawozdania: 8.01.2008
Grupa:	Imię i nazwisko:	Nazwisko sprawdzającego: Dr S. Leśniewski
Uwagi:		Ocena:

1. Cel ćwiczenia:

Celem przeprowadzonego ćwiczenia było wyznaczenie trzech funkcji termodynamicznych, tj. entalpii (H), entalpii swobodnej (G) i entropii (S) w reakcji zachodzącej w ogniwie Clarka o schemacie:

(-) Zn(Hg)(7% wag. Zn)ZnSO₄⋅7H₂O_ag (roztw. nasycony)Hg₂SO₄ (s) Hg (+),

w którym źródłem siły elektromotorycznej jest reakcja:

Zn + Hg₂SO₄ + 7H₂O = ZnSO₄⋅7H₂O + 2 Hg

2. Przebieg ćwiczenia:

Ćwiczenie wykonywano następująco:

1. Mierzono SEM ogniwa Clarka w zakresie temperatur 273 K - 303 K w naczyniu Dewara, przy czym każdorazowo ogniwo termostatowano przez 10 minut.

3. Wyniki ćwiczenia:

Wyniki doświadczenia zawarte są w poniższej tabeli:

Temperatura [K]	SEM [mV]
273	1447
278	1443
283	1437
288	1431
293	1424
298	1419
303	1413

4. Opracowanie wyników:

1. Sporządzono wykres zależności SEM ogniwa od temperatury i na jego podstawie obliczono współczynnik temperaturowy:

Metodą regresji liniowej dopasowano prostą do punktów pomiarowych i z jej równania wyznaczono współczynnik temperaturowy:

2. Obliczono zmiany entalpii, entalpii swobodnej i entropii oraz pojemności cieplnych dla reakcji zachodzącej w ogniwie Clarka, na podstawie danych doświadczalnych:

Entalpia:

Entalpia swobodna: ΔG = -zFE

Entropia:

Ciepło molowe:

Wyniki zebrano w tabeli:

Temp. [K]	H [kJ/mol]	G [kJ/mol⋅K]	S [J/mol⋅K]	Cp [J/mol⋅K]
273	-342,498	-279,271	-231,6	-337,210
278	-342,884	-278,499			-343,386
283	-342,884	-277,341			-349,562
288	-342,884	-276,183			-355,738
293	-342,691	-274,832			-361,914
298	-342,884	-273,867			-368,090
303	-342,884	-272,709			-374,266

3. Na podstawie prawa Hessa wyliczono teoretyczne zmiany entalpii, entalpii swobodnej i entropii oraz pojemności cieplnych dla reakcji zachodzącej w temperaturze 298 K:

Zn + Hg₂SO₄ + 7H₂O = ZnSO₄ ⋅7H₂O + 2Hg

Entalpia: ΔH⁰₂₉₈=ΔH⁰ _{ZnSO4 ⋅7H2O} - [7ΔH⁰ _H2O +ΔH⁰ _Hg2SO4] = -332,741 [kJ/mol]

Entalpia swobodna: ΔG⁰₂₉₈=ΔG⁰ _{ZnSO4 7H2O} - [7ΔG⁰ _H2O +ΔG⁰ _Hg2SO4] = -275,943 [kJ/mol]

Entropia: ΔS⁰₂₉₈=ΔS⁰_{ZnSO4 7H2O}+2ΔS⁰_Hg - [7ΔS⁰_H2O +ΔS⁰_Hg2SO4 +ΔS⁰_Zn]= -190,7 [J/mol⋅K]

Ciepło molowe: ΔCp= Cp _{ZnSO4 7H2O} + 2 Cp _Hg - [7 Cp _H2O +Cp _Hg2SO4+Cp _Zn]= -207,5 [J/mol⋅K]

4. Korzystając z prawa Kirchoffa wyliczono zmiany entalpii, entalpii swobodnej i entropii oraz pojemności cieplnych dla reakcji w mierzonych podczas wykonywania doświadczenie temperaturach:

ΔG_T = ΔH_T - TΔS_T

Wyniki obliczeń zawarto w poniższej tabeli:

Temp. [K]	H [kJ/mol]	G [kJ/mol]	S [J/mol⋅K]
273	-327,554	-280,456	-172,518
278	-328,591	-279,584	-176,284
283	-329,629	-278,693	-179,983
288	-330,666	-277,784	-183,617
293	-331,704	-276,857	-187,189
298	-332,741	-275,912	-190,700
303	-333,779	-274,950	-194,153

5. Porównano wartości teoretyczne z doświadczalnymi. Wyniki zbiorcze zestawiono
   w tabeli:

Temp. [K]	SEM [V]	ΔH [kJ/mol]		ΔG [kJ/mol]		ΔS [J/mol·K]
				dośw.	oblicz.	dośw.	oblicz.	dośw.	oblicz.
278	1,447	-342,498	-327,554	-279,271	-280,456	-231,6	-172,518
283	1,443	-342,884	-328,591	-278,499	-279,584			-176,284
288	1,437	-342,884	-329,629	-277,341	-278,693			-179,983
293	1,431	-342,884	-330,666	-276,183	-277,784			-183,617
298	1,424	-342,691	-331,704	-274,832	-276,857			-187,189
303	1,419	-342,884	-332,741	-273,867	-275,912			-190,700

1. Podsumowanie:

Celem wykonanego ćwiczenia było wyznaczenie trzech funkcji termodynamicznych, tj. entalpii (H), entalpii swobodnej (G) i entropii (S) w reakcji zachodzącej w ogniwie Clarka.

Porównując wartości doświadczalne z teoretycznymi dochodzi się do wniosku, iż różnice nie są znaczne, sięgają maksymalnie 15 jednostek dla entalpii czy też dwóch jednostek dla entalpii swobodnej. Większe różnice między wartościami teoretycznymi
i doświadczalnymi obserwuje się jedynie dla entropii.

Błędy powstałe podczas doświadczenia mogły być spowodowane różnicą temperatur w różnych momentach termostatowania ogniwa, spowodowane wahaniem temperatury
i trudnością utrzymaniu jej na jednym, stałym poziomie przez całe 10 minut. Z tego powodu wskazania czułej elektrody ulegały zafałszowaniu, co miało zasadniczy wpływ na otrzymane wyniki.

- 1 -

---