KALORYMETRIA

Wyznaczanie ciepła neutralizacji kwasu zasadą

Celem wykonanego ćwiczenia było wyznaczenie ciepła neutralizacji kwasu chlorowodorowego o stężeniu 0,5 mol/dm³ wodorotlenkiem sodu o stężeniu 0,1 mol/dm³. W ćwiczeniu zastosowano kalorymetr nieizotermiczny z osłoną izotermiczną, w którym do pomiaru temperatury służył termistor umieszczony w szklanej osłonie wypełnionej olejem. Opór termistora mierzony był za pomocą mostka Wheatstone'a.

Do naczynia Dewara należało wlać 200 cm³ roztworu zasady, roztwór kwasu (5cm³) umieszczony został w probówce z tłuczkiem.

W celu wykonania pomiaru należało wyznaczyć okresy początkowy (10 min), główny oraz końcowy (10 min). W tym celu należało dokonywać odczytów napięcia wskazywanych na miliwoltomierzu z częstotliwością, co 30s.

Aby dokonać kalibracji, służącej do wyznaczenia pojemności (K) kalorymetru potrzebne było wykonanie dodatkowego pomiaru, w którym efekt cieplny dokładnie był znany. Pomiar ten wykonany został dwukrotnie jednakże okres główny w pierwszym wynosił 3,5 min (210s) a w drugim 4 min (240s). Ciepło wydzielone w tych pomiarach było ciepłem wydzielonym podczas przepływu prądu przez grzałkę umieszczoną wewnątrz kalorymetru.

Stała kalorymetru wyznaczona została ze wzoru:

gdzie:

I= 0,1254 A

R_g = 49,15 Ω

R_pr1= 4,234 Ω ( 0,531V / 0,1254A) R_pr2= 4,992 Ω (0,626V / 0,1254A)

t­₁= 210s t₂= 240s

W związku z faktem iż kalibracja wykonana została podwójnie stałe otrzymaliśmy dwie stałe:

W celu wyznaczenia R_pr jak również R_r należało sporządzić wykresy U=f(t) i metodą graficzną wyznaczyć U_pr i U_r a nastepnie korzystając z prawa Ohma(którego ogolna postać to U=I^.R) przeliczyć uzyskane wartości napięcia na oporności.

Wynikiem pomiarów był całkowity efekt cieplny reakcji neutralizacji obliczony ze wzoru:

q= -K ^. R_r

Błąd bezwzględny pomiaru ciepła q obliczony na podstawie różniczki zupełnej wynosi 7,28J

gdzie pozostałe wielkości błędów uzyskane przy wykorzystaniu klas poszczególnych mierników wynoszą:

q= - 144,19 ±7,28 J

molowy efekt cieplny wyznaczony został z zależności:

Q=q/n gdzie: Q-molowe ciepło

q-właściwe ciepło

n- liczba moli kwasu

n_HCl= 0,0025 mola

Q= Q_n+Q₁ gdzie :Q_n-ciepło neutralizacji

Q₁-ciepło rozcieńczenia wyjściowego roztworu kwasu wodą w wyjściowym roztworze zasady

Q_n=Q-Q₁

Wyznaczenie ciepła rozpuszczenia:

W celu wyznaczenia tej wartości należało znać wartość ciepła rozpuszczenia dla stężenia początkowego kwasu (0,5 mol/dm³) i końcowego (0,012 mol/dm³)

Końcowe stężenie kwasu obliczone zostało z zależności:

Analizując dane literaturowe oraz wykorzystując wykresy interpolacyjne (z uwagi na brak literaturowych wartości ciepeł rozpuszczenia dla otrzymanych stężeń) wyznaczone zostały dane wartości ciepła rozpuszczenia:

Q_r(0,5) = -894,75c_p² + 2122,5c_p - 74737 = -894,75 ^.(0,5)²+ 2122,5 ^.0,5 -74737

Q_r(0,5)= - 73,8994 kJ/mol

Q_r(0,012)= -52903c_k²+ 9324,9c_k -75035= -52903 ^.(0,012)²+9324,9 ^.0,012 -75035

Q_r(0,012)=- 74,93071 kJ/mol

W związku z tym interesujące nas ciepło rozpuszczenia kwasu wynosi:

Qr= - 74930,7-(- 73899,4)= - 1031,3 J/mol

Wartość ciepła neutralizacji wynosi, zatem:

Qn=- 57675,889-(- 1031,3)=- 56644,589J/mol

Tak więc ostateczny wynik to: Q_n= -56644,589±2912J/mol

Odczytana z tablic („Poradnik fizykochemiczny”) wartość literaturowa ciepła neutralizacji wynosi:

Q_L = -56820 J/mol

Błąd względny uzyskanego wyniku wynosi:

Uzyskany błąd względny pomiaru jest stosunkowo niewielki. Przyczyn tych niewielkich odchyleń dopatruję się przede wszystkim w:

• nieuważnych odczytach wskazań przyrządów pomiarowych

• niskiej precyzji w wyznaczaniu U (użyta została metoda graficzna)

• wyznaczeniu ciepeł rozpuszczania za pomocą równań regresji

1

---