Grupa 23 Zespół 9 |
Ćwiczenie nr 1 |
Data: 30 03 1999 |
Gołdyn Grzegorz Flądro Daniel |
Pomiar ciepła rozpuszczania NaOH. |
Ocena: |
1.Wstęp teoretyczny.
Ciepło rozpuszczania Qrozp jest to ciepło wydzielone w procesie rozpuszczenia 1 mola substancji w n-molach rozpuszczalnika. Jego wartość zależy od rodzaju substancji i rozpuszczalnika oraz jego ilości. Towarzyszące rozpuszczaniu ciepło jest sumą dwóch efektów:
- zniszczenia sieci krystalicznej substancji rozpuszczanej, kosztem pobrania z otoczenia (w postaci ciepła) energii równej tzw. energii sieciowej (wielkość ta zależy od elektroujemności jonów, ich wielkości, struktury krystalicznej)
- solwatacji jonów przez cząsteczki rozpuszczalnika (wielkość ta zależy od polarności rozpuszczalnika, przenikalności dielektrycznej i zdolności do tworzenia wiązań koordynacyjnych). Ciepło rozpuszczania może być zarówno dodatnie, jak i ujemne. Zależy to od wzajemnego stosunku wielkości energii sieciowej do energii solwatacji.
Pomiar ciepła pochłoniętego lub wydzielonego w reakcjach chemicznych wyznacza się za pomocą kalorymetru. Dokładny pomiar ciepła reakcji możliwy jest tylko dla nielicznych spośród wielu istniejących reakcji chemicznych. Precyzyjne pomiary kalorymetryczne można wykonać jedynie w przypadku reakcji przebiegających szybko, do końca i bez procesów ubocznych. Szybkość reakcji powinna być taka, by wydzielanie lub pochłanianie ciepła następowało w krótkim okresie czasu. Łatwiej jest wówczas uniknąć odpływu ciepła z układu reakcyjnego lub dopływu ciepła do tego układu podczas pomiaru zmiany temperatury układu.
Szczególnie dogodne do pomiarów kalorymetrycznych są organiczne reakcje spalania. Na ogół jedynymi produktami spalania w nadmiarze tlenu związków organicznych zawierających tylko węgiel, wodór i tlen są CO2 i H2O. W przypadku związków zawierających inne pierwiastki, produkty nie są zawsze tak wyraźnie zdefiniowane, pomiary kalorymetryczne są jednak często możliwe.
W układzie zamkniętym, o stałej objętości W=0(układ w którym nie ma pracy elementarnej), zatem zmiana energii wewnętrznej równa jest: U=0. Na podstawie tego założenia wprowadza się pojemność cieplną. W zależności od warunków reakcji, mamy pojemność cieplną w stałej objętości i pojemność cieplną przy stałym ciśnieniu. Przyrost temperatury jest proporcjonalny do ilości doprowadzonego lub odprowadzonego ciepła do lub z układu(gdy zmiany temperatury są nieznaczne): T=q. Dla jednego mola substancji ciepło molowe można określić :C=
Dla gazów doskonałych ciepło molowe ma wartość stałą w zakresie temperatur, natomiast w przypadku gazów półdoskonałych i rzeczywistych ciepło molowe można określić za pomocą szeregu potęgowego, którego wartość zmienia się wraz ze wzrostem temperatury C= a + bT + cT2..., gdzie a,b,c - stałe charakterystyczne dla danego gazu. Należy dodać, że w przypadku gazów doskonałych zachodzi zależność: Cp - Cv = R( uniwersalna stała gazowa; R = 8,314 J/mol K). Różnica Cp - Cv dla cieczy i ciał stałych jest nieduża co tłumaczy się małą rozszerzalnością cieplną.
2.Zestawienie wyników pomiarów.
Korzystając z wyrażenia y =82.034 - 53.0621logx , gdzie x - wynik odczytów w [kΩ]
y - temperatura w [°C]
obliczamy temperaturę dla poszczególnych wyników pomiarów:
Lp. |
Czas [min] |
x [kΩ] |
y [°C]
|
Lp. |
Czas [min] |
x [kΩ] |
y [°C]
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 |
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 31.5 32 32.5 33 33.5 34 34.5 35 35.5 36 36.5 37 37.5 38 38.5 39 39.5 40 40.5 41 41.5
|
13.99 13.99 13.99 13.98 13.97 13.96 13.96 13.95 13.95 13.94 13.93 13.92 13.92 13.91 13.91 13.91 13.90 13.90 13.89 13.89 13.89 13.89 13.88 13.87 13.86 13.85 13.85 13.85 13.84 13.84 13.80 13.73 13.66 13.58 13.51 13.45 13.40 13.35 13.30 13.25 13.20 13.17 13.14 13.11 13.08 13.05 13.01 12.99 12.97 12.95 12.92 12.90
|
21.23 21.23 21.23 21.25 21.27 21.28 21.28 21.30 21.30 21.32 21.33 21.35 21.35 21.36 21.36 21.36 21.38 21.38 21.40 21.40 21.40 21.40 21.42 21.43 21.45 21.47 21.47 21.47 21.48 21.48 21.55 21.67 21.78 21.92 22.04 22.14 22.23 22.31 22.40 22.47 22.57 22.63 22.68 22.73 22.78 22.84 22.91 22.94 22.98 23.01 23.07 23.10 |
53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104
|
42 42.5 43 43.5 44 44.5 45 45.5 46 46.5 47 47.5 48 48.5 49 49.5 50 50.5 51 51.5 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83
|
12.88 12.86 12.85 12.83 12.82 12.80 12.79 12.78 12.77 12.76 12.74 12.73 12.72 12.71 12.70 12.69 12.69 12.68 12.67 12.67 12.66 12.66 12.65 12.63 12.61 12.61 12.60 12.59 12.58 12.57 12.56 12.55 12.54 12.54 12.53 12.53 12.52 12.52 12.51 12.51 12.50 12.50 12.49 12.49 12.49 12.48 12.48 12.47 12.47 12.47 12.46 12.46
|
23.14 23.17 23.19 23.23 23.25 23.28 23.30 23.32 23.34 23.35 23.39 23.41 23.43 23.45 23.46 23.48 23.48 23.50 23.52 23.52 23.54 23.54 23.55 23.59 23.63 23.63 23.65 23.66 23.68 23.70 23.72 23.74 23.76 23.76 23,77 23.77 23.80 23.80 23.81 23.81 23.83 23.83 23.85 23.85 23.85 23.87 23.87 23.88 23.88 23.88 23.90 23.90 |
3. Obliczanie ciepła rozpuszczania NaOH.
Qrozp = QNaOH + Qkalor.
ΔT= 1,95 [K]
mNaOH = 55 [g] = 1,375 [mol]
Cp = 59,45 [J/mol K]
QNaOH = nNaOH ⋅ Cp ⋅ ΔT
QNaOH = 159,4 [J]
Kkalor.= 25,19 [kJ/K]
ΔT= 1,95 [K]
Qkalor.= Kkalor.⋅ ΔT
Qkalor.= 49120,5 [J]
Qrozp = 159,4 [J] + 49120,5 [J]
Qrozp = 49279,9 [J] = 49,2799 [kJ]
4. Wnioski.
Ciepło rozpuszczania NaOH jest to ciepło rozpuszczania 1 mola substancji (NaOH) w n- molach rozpuszczalnika (woda). Na jego wartość składa się ciepło zniszczenia sieci krystalicznej NaOH, oraz ciepło solwatacji jonów przez cząsteczki rozpuszczalnika. Wartość wyliczona - 49,2799 [kJ].
1
1