Temat: ENTALPIA ZOBOJĘTNIANIA

Data

Numer osoby:

Imię i nazwisko:

Wydział: Rok: Grupa:

CEL ĆWICZENIA

Zapoznanie się ze sposobami wyznaczania pojemności cieplnej kalorymetru oraz pomiaru entalpii rozpuszczania i zobojętniania.

ZASADA POMIARU

Procesowi rozpuszczania krystalicznego NH₄Cl lub KCl w wodzie towarzyszy pewien efekt cieplny (ΔH), którego miarą może być zmiana temperatury układu (ΔT) zachodząca w czasie tej przemiany. Znając wartość molowej entalpii rozpuszczania tych związków oraz przyjmując zamiast rzeczywistej pojemności cieplnej (C) średnią pojemność cieplną w granicach temperatur T_1, T_2, można z następującej zależności wyznaczyć średnią pojemność cieplna kalorymetru:

(14.19)

Ponieważ:

Wiec:

(14.20)

Gdzie:

-średnia pojemność cieplna kalorymetru

-molowa entalpia rozpuszczania NH₄Cl lub KCl (kJmol^-1 )

m₁ -liczba gramów substancji rozpuszczonej

M₁ - masa molowa substancji rozpuszczonej (g)

-zmiana temperatury zachodząca w procesie rozpuszczania.

Przekształcając równanie (14.20) do postaci:

(14.21)

Można z niego obliczyć entalpię rozpuszczania dowolnej substancji o (masie molowej M₂ ), mierząc zmianę temperatury Δ₂T podczas rozpuszczania m₂ gramów badanego związku w rozpuszczalniku (wodzie) o objętości takiej samej, jaka była stosowana do wyznaczania średniej pojemności cieplnej kalorymetru(
).

Zmiana entalpii towarzysząca reakcji zobojętniania wodorotlenku sodu stężonym kwasem siarkowym (
-entalpia całkowita) jest sumą entalpii rozpuszczania kwasu siarkowego (
) i entalpii powstawania cząsteczek wody czyli entalpii zobojętniania (
):

Stad:

Ponieważ w reakcji tej tworzą się dwie cząsteczki wody, wiec:

Korzystając z zależności (14.13) Otrzymujemy ostatecznie:

(14.22)

Gdzie:

m₂ - liczba gramów kw. siarkowego użytego do reakcji zobojętniania

M₂ -masa molowa kw. siarkowego(g)

-średnia pojemność cieplna kalorymetru

-molowa entalpia rozpuszczania kw. siarkowego (obliczona ze wzoru 14.21) (kJmol^-1 ) wyznaczona przez rozpuszczenie takiej samej ilości kwasu, jakiej użyto do reakcji zobojętniania, tj.m₂

WYKONANIE ĆWICZENIA

1. Wyznaczenie pojemności cieplnej kalorymetru (kalibrowanie kalorymetru)

1. Odważyć w naczyńku wagowym około 5 g NH₄Cl lub KCl z dokładnością do 0,0001g.

2. Do kalorymetru wlać 100 cm³ wody i mierzyć jej temperaturę w odstępach co 1 min w ciągu około 10 min ( do czasu osiągnięcia niewielkich stałych zmian temperatury w kolejnych odczytach - okres wstępny ).

3. Wsypać do kalorymetru odważoną ilość NH₄Cl lub KCl i ciągle mieszając mierzyć temperaturę przez pierwsze 5 min co 0,5 min, a następnie co 1 min przez około 30 min ( do momentu, gdy zmiany temperatury będą niewielkie i stałe - okres główny i końcowy ).

4. Otrzymane wyniki zestawić w tabeli 14.1 .

2.Wyznaczenie molowej entalpii rozpuszczania kwasu siarkowego

1. Do kalorymetru wlać 100 cm³ wody i mierzyć jej temperaturę w odstępach co 1 min w ciągu około 10 min ( do czasu osiągnięcia niewielkich stałych zmian temperatury w kolejnych odczytach - okres wstępny ).

2. Wprowadzić do kalorymetru 2 cm³ stężonego kwasu siarkowego i ciągle mieszając mierzyć temperaturę przez pierwsze 5 min co 0,5 min, a następnie co 1 min przez około 30 min ( do momentu, gdy zmiany temperatury będą niewielkie i stałe - okres główny i końcowy ).

3. Wyniki wpisać do tabeli 14.2

3. Wyznaczenie molowej entalpii zobojętniania w reakcji wodorotlenku sodu z kwasem

siarkowym

1. W zlewce zawierającej 100 cm³ wody rozpuścić NaOH w ilości potrzebnej do zobojętnienia 2 cm³ stężonego H₂SO₄ . Roztwór ten oziębić do temperatury wody stosowanej w poprzednich pomiarach, tj. w punkcie 1 b i 2 b.

2. Oziębiony roztwór NaOH przelać do kalorymetru i notować zmiany temperatury jak w punkcie 1 b.

3. Wprowadzić do kalorymetru 2 cm³ stężonego kwasu siarkowego i ciągle mieszając mierzyć temperaturę przez pierwsze 5 min co 0,5 min, a następnie co 1 min przez około 30 min ( do momentu, gdy zmiany temperatury będą niewielkie i stałe - okres główny i końcowy ).

4. Rezultaty pomiarów zebrać w tabeli 14.3 .

SPOSÓB PRZEDSTAWIENIA WYNIKÓW

1.Pojemność cieplna kalorymetru

tabela 14.1

Zmiany temperatury podczas rozpuszczania substancji wzorcowej

Czas (min)	Okres początkowy
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Temp. (º C)

Czas (min)	Okres główny i końcowy
		10,5	11	11,5	12	12,5	13	13,5	14	14,5	15
Temp. (º C)

Czas (min)	Okres główny i końcowy
		16	17	18	19	20	21	22	23	24	25
Temp. (º C)

Czas (min)	Okres główny i końcowy
		26	27	28	29	30
Temp. (º C)

substancja - NH₄Cl (KCl)

molowa entalpia rozpuszczania Δ
- 15,99 (18,33) kJ·mol^-1

masa substancji - m₁ = ............ g

objętość wody - V = 100 cm³

zmiana temperatury - Δ₁T = ........... º C

wzór 14.20

2.Wyznaczenie molowej entalpii rozpuszczania kwasu siarkowego w wodzie

tabela 14.2

Czas (min)	Okres początkowy
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Temp. (º C)

Czas (min)	Okres główny i końcowy
		10,5	11	11,5	12	12,5	13	13,5	14	14,5	15
Temp. (º C)

Czas (min)	Okres główny i końcowy
		16	17	18	19	20	21	22	23	24	25
Temp. (º C)

Czas (min)	Okres główny i końcowy
		26	27	28	29	30
Temp. (º C)

pojemność cieplna kalorymetru - C = ............ kJ·K^-1

masa H₂SO₄ ( o objętości 2 cm³ ) - m₂ = ............ g

objętość wody - V = 100 cm³

zmiana temperatury - Δ ₂T = ........... º C

wzór 14.21

3. Wyznaczenie molowej entalpii zobojętniania

tabela 14.3

Czas (min)	Okres początkowy
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Temp. (º C)

Czas (min)	Okres główny i końcowy
		10,5	11	11,5	12	12,5	13	13,5	14	14,5	15
Temp. (º C)

Czas (min)	Okres główny i końcowy
		16	17	18	19	20	21	22	23	24	25
Temp. (º C)

Czas (min)	Okres główny i końcowy
		26	27	28	29	30
Temp. (º C)

pojemność cieplna kalorymetru - C = ............ kJ·K^-1

molowa entalpia rozpuszczania H₂SO₄ - Δ
= ............ kJ·mol^-1

masa H₂SO₄ ( o objętości 2 cm³ ) - m₂ = ............ g

masa NaOH - m_NaOH = ............ g

zmiana temperatury - Δ ₃T = ............. º C

wzór 14.22

4. Wyznaczanie ΔT

Aby wyeliminować błąd powstały na skutek wymiany ciepła z otoczeniem kreśli się tzw. krzywą idealnego wyrównania temperatur , z której w drodze ekstrapolacji otrzymuje się

ΔT przy nieskończenie szybkim wyrównaniu temperatur.

---