ch fizyczna 13, POLITECHNIKA ŁÓDZKA, Technologia Żywności i Żywienia Człowieka, semestr 4, Chemia fizyczna - laboratorium


3

numer studenta

DOROTA BARTCZAK

imię i nazwisko

nr indeksu 116201

Wydział BIOTECHNOLOGII I NAUK O ŻYWIENIU

Semestr TRZECI

Rok akademicki 2003/2004

Laboratorium chemii fizycznej

Ćwiczenie nr 13

Wyznaczanie ciepła krzepnięcia.

Tytuł ćwiczenia

ocena z kolokwium___________

ocena ze sprawozdania________

-1-

CZĘŚĆ TEORETYCZNA

I POJĘCIA PODSTAWOWE.

1. Energia wewnętrzna - to część energii układu zależna od jego stanu wewnętrznego.

Składają się na nią wszystkie oddziaływania wewnątrz i międzycząsteczkowe.

2. Ciepło - to część energii, która przepływa z jednego ciała do drugiego na skutek istnienia

różnic temperatur.

II I ZASADA TERMODTNAMIKI.

W układzie odizolowanym całkowita ilość energii pozostaje stała, mogą natomiast

przechodzić jeden w drugi rodzaje energii.

ΔU = q + W,

gdzie:

ΔU - zmiana energii układu,

q - ciepło,

W - praca.

III PRAWO HESSA.

W procesie izochorycznym lub izobarycznym, w którym nie występuje praca nieobjętościowa, efekty cieplne, odpowiednio ΔU lub ΔH (zmiana entalpii), nie zalezą od drogi przemiany, a tylko od jej stanu początkowego i końcowego.

IV PRAWO KIRHCHOFFA.

Zmiana efektu cieplnego ( ΔH lub ΔU ) reakcji związana za zmianą temperatury wyraża się różnicą sumarycznej pojemności cieplnej ( odpowiednio cp lub cv ) produktów i substratów tej reakcji.

ΔHT = ΔHo + 0x01 graphic

V TERMISTORY.

Termistory - to specyficzne rezystory, których oporność elektryczna zmienia się wraz z temperaturą. Zależność rezystancji od temperatury ma charakter wykładniczy. Aby obliczyć temperaturę termistora korzysta się ze wzoru:

T = 0x01 graphic

-2-

gdzie:

B - stała materiałowa [deg],

RT - rezystancja termistora w temperaturze T [kΩ],

R25 - rezystancja termistora w temperaturze 25 oC [kΩ].

VI POMIAR KALORYMETRYCZNY.

Ilość ciepła wydzielonego (względnie pochłoniętego) w kalorymetrze przez 1 mol reagenta obliczamy ze wzoru:

Q = 0x01 graphic
,

gdzie:

K - pojemność cieplna układu kalorymetrycznego,

Δt - zmiana temperatury układu kalorymetrycznego,

Συ -poprawka uwzględniająca wymianę ciepła z otoczeniem podczas pomiaru,

m - odważka substratu wziętego w nadmiarze stechiometrycznym,

M - masa molowa tego substratu.

Jeżeli w kalorymetrze zachodzi jednocześnie kilka procesów o różnych efektach cieplnych to oznaczona wielkość jest ich sumą:

Q = q1 + q2 + q3 + ... + qn

CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

I CEL I METODA ĆWICZENIA.

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie efektu cieplnego krzepnięcia tiosiarczanu sodu, wyznaczając najpierw pojemność cieplną układu, mając dane molowe ciepło rozpuszczania kwasu siarkowego (VI) w wodzie.

II SPRZĘT UŻYTY W ĆWICZENIU.

  1. Kalorymetr.

  2. Termistor.

  3. Ampułka z kwasem siarkowym.

  4. Ampułka ze stopionym tiosiarczanem sodu.

-3-

III TABELE Z WYNIKAMI WARTOŚCI MIERZONYCH.

1. Wyznaczanie pojemności cieplnej układu kalorymetrycznego (pomiary podczas

rozpuszczania kwasu siarkowego H2SO4).

Oznaczenia:

mkw. - masa kwasu H2SO4 znajdującego się w ampułce [g],

R - rezystancja odczytana z termistora [kΩ],

t - czas [min],

Mkw. - masa molowa kwasu H2SO4 [g/mol].

mkw. = 6,38 g

Mkw. = 98 g/mol

a) Faza początkowa.

Lp

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

R [kΩ]

39,80

39,80

39,80

39,80

39,80

39,80

39,80

39,80

39,80

39,80

t [min]

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

b) Rozpuszczanie się kwasu H2SO4 w wodzie (zbicie ampułki pomiędzy 10, a 11

punktem).

Lp

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

R [kΩ]

39,60

32,70

33,25

34,40

34,95

35,46

36,21

36,78

37,24

37,60

t [min]

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

9,5

c) Stabilizowanie się temperatury w kalorymetrze - faza końcowa.

Lp

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

R [kΩ]

37,87

38,21

38,58

38,94

39,30

39,75

41,20

41,20

41,20

41,20

t [min]

10,0

10,5

11,0

11,5

12,0

12,5

13,0

13,5

14,0

14,5

2. Wyznaczanie ciepła krzepnięcia roztopionego tiosiarczanu sodu Na2S2O4.

Oznaczenia:

mts. - masa tiosiarczanu sodu Na2S2O4 znajdującego się w ampułce [g],

R - rezystancja odczytana z termistora [kΩ],

t - czas [min],

Mts. - masa molowa tiosiarczanu sodu Na2S2O4 [g/mol].

mts. = 2,54 g

Mts. = 248,18 g/mol

-4-

a) Faza początkowa.

Lp

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

R [kΩ]

40,07

41,20

41,60

41,80

41,90

42,00

42,00

42,10

42,30

42,40

t [min]

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

b) Krzepnięcie tiosiarczanu sodu w wodzie (wrzucenie kryształka pomiędzy 10, a 11

punktem).

Lp

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

R [kΩ]

42,40

42,40

42,50

42,50

42,50

42,50

42,60

42,60

42,60

42,70

t [min]

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

9,5

c) Stabilizowanie się temperatury w kalorymetrze - faza końcowa.

Lp

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

R [kΩ]

42,70

42,60

42,60

42,60

42,50

42,50

42,40

42,40

42,40

42,30

t [min]

10,0

10,5

11,0

11,5

12,0

12,5

13,0

13,5

14,0

14,5

IV WYKRESY ZALEŻNOŚCI REZYSTANCJI OD CZASU.

.

1. Wykres 1 - Wyznaczanie pojemności cieplnej układu kalorymetrycznego (pomiary

podczas rozpuszczania kwasu siarkowego VI), str. 6.

Oznaczenia:

A - koniec okresu początkowego,

B - początek reakcji,

C - początek okresu końcowego,

Δt + Συ - zmiana temperatury i poprawka na promieniowanie.

Uwagi:

Przy wyznaczaniu Δt + Συ biorę pod uwagę początek reakcji B i początek okresu

końcowego C.

2. Wykres 2 - Oznaczanie ciepła krzepnięcia tiosiarczanu sodu, str. 7.

Oznaczenia:

A - początek krzepnięcia,

B - koniec krzepnięcia (10 pomiarów),

Δt + Συ - zmiana temperatury i poprawka na promieniowanie.

Uwagi:

Przy wyznaczaniu Δt + Συ biorę pod uwagę początek procesu A i jego koniec B. Proces ten

powinien rozpocząć się po 10 pomiarach (po wrzuceniu kryształka), ale rozpoczął się

praktycznie od razu (woda w kalorymetrze była zbyt zimna).

-5-

V OBLICZENIA.

1. Wyznaczanie pojemności cieplnej układu kalorymetrycznego.

Korzystam ze wzoru:

K = 0x01 graphic
,

gdzie:

K - pojemność cieplna układu,

Q - efekt cieplny rozpuszczania odczytany z danych w instrukcji,

mkw. - masa kwasu,

Mkw. - masa molowa kwasu.

Δt + Συ - zmiana temperatury i poprawka na promieniowanie, którą obliczam ze wzoru:

Δt + Συ = 0x01 graphic
,

gdzie:

B - stała materiałowa [deg],

RT - rezystancja termistora w temperaturze T [kΩ] odczytana z wykresu 1 str. 6,

R25 - rezystancja termistora w temperaturze 25 oC [kΩ].

Dane do obliczeń;

Q = 76,38 kJ/mol,

mkw. = 6,38 g,

Mkw. = 98 g/mol,

B = 3814 deg,

R25 = 14,29 kΩ,

RT = 4,3 kΩ.

Wstawiam do wzorów:

Δt + Συ = 0x01 graphic
= 55,9 K

K = 0x01 graphic
=0,09 kJ/K

2. Oznaczanie ciepła krzepnięcia tiosiarczanu sodu.

Korzystam ze wzorów:

Q = 0x01 graphic
,

gdzie:

K - pojemność cieplna układu kalorymetrycznego,

mts -masa tiosiarczanu,

Mts - masa molowa tiosiarczanu,

Δt + Συ - zmiana temperatury i poprawka na promieniowanie.

QK = Q + ( Cs - Cc) (321 K - T pomiaru) M,

-8-

gdzie:

Cs - ciepło właściwe tiosiarczanu stałego,

Cc - ciepło właściwe tiosiarczanu ciekłego,

M - masa molowa tiosiarczanu

Dane do obliczeń;

mts. = 2,35 g,

Mts. = 248,18 g/mol,

B = 3814 deg,

R25 = 14,29 kΩ,

RT = 2,4 kΩ.

Cs = 1,8415 kJ/kg · deg

Cc = 2,3815 kJ/kg · deg

Wstawiam do wzorów:

Δt + Συ = 0x01 graphic
= 70,49 K

Q = 0x01 graphic
= 669,99 kJ/mol

QK = 669,99 + ( 1,8415 - 2,3841) (321 - 316,42) 248,18 = 53,25 kJ/mol

VI WNIOSKI.

Ciepło krzepnięcia tiosiarczanu sodu obliczone z ćwiczenia:

QK = 53,25 kJ/mol

Wartość ciepła krzepnięcia tiosiarczanu sodu odczytana z tablic:

QK = 47,42 kJ/mol.

Błędy w wyniku mogą być spowodowane głównie tym, że temperatura wody w naczyniu pomiarowym była zbyt niska i proces krzepnięcia rozpoczął się praktycznie od razu po zanurzeniu w wodzie ampułki (w chwili wrzucenia kryształka tiosiarczan już dawno był w stanie stałym), przez co nie udało się poprawnie odczytać zmian rezystancji. Błąd mogło zwiększyć również niedokładność w graficznym wyznaczaniu Δt + Συ.

-9-



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Zagadnienia teoretyczne 41, POLITECHNIKA ŁÓDZKA, Technologia Żywności i Żywienia Człowieka, semestr
Część teoretyczna do kolokwium C, POLITECHNIKA ŁÓDZKA, Technologia Żywności i Żywienia Człowieka, se
Fizyczna 43, POLITECHNIKA ŁÓDZKA, Technologia Żywności i Żywienia Człowieka, semestr 4, Chemia fizyc
wykresy15, POLITECHNIKA ŁÓDZKA, Technologia Żywności i Żywienia Człowieka, semestr 4, Chemia fizyczn
moje ChF 54, POLITECHNIKA ŁÓDZKA, Technologia Żywności i Żywienia Człowieka, semestr 4, Chemia fizyc
Wykres zaleznosci temperatury kalorymetru od czasu, POLITECHNIKA ŁÓDZKA, Technologia Żywności i Żywi
sprawko15, POLITECHNIKA ŁÓDZKA, Technologia Żywności i Żywienia Człowieka, semestr 4, Chemia fizyczn
22 wstęp teoretyczny 2015, POLITECHNIKA ŁÓDZKA, Technologia Żywności i Żywienia Człowieka, semestr 4
Moje Ćw 24, POLITECHNIKA ŁÓDZKA, Technologia Żywności i Żywienia Człowieka, semestr 4, Chemia fizycz
chemia zywnos, POLITECHNIKA ŁÓDZKA, Technologia Żywności i Żywienia Człowieka, semestr 4, Chemia Żyw
ChZywnosci - sciaga, POLITECHNIKA ŁÓDZKA, Technologia Żywności i Żywienia Człowieka, semestr 4, Chem
chem zyw sciagi 2003, POLITECHNIKA ŁÓDZKA, Technologia Żywności i Żywienia Człowieka, semestr 4, Che
13.KONDUKTOMETRIA, Politechnika Łódzka, Technologia Żywności i Żywienie Czlowieka, Semestr IV, Chemi
9.RÓWNOWAGI FAZOWE W UKŁADACH TRÓJSKŁADNIKOWYCH, Politechnika Łódzka, Technologia Żywności i Żywieni
11.RÓWNOWAGI CHEMICZNE, Politechnika Łódzka, Technologia Żywności i Żywienie Czlowieka, Semestr IV,
0.WSTĘP, Politechnika Łódzka, Technologia Żywności i Żywienie Czlowieka, Semestr IV, Chemia fizyczna

więcej podobnych podstron