Chemia fizyczna

Imię i Nazwisko	Wydział	Grupa	Numer ewidencyjny
Temat ćwiczenia ENTALPIA ZOBOJĘTNIANIA		Data wykonania	Data zaliczenia

1. Cel ćwiczenia:

Zapoznanie się ze sposobem wyznaczania pojemności cieplnej kalorymetru oraz pomiaru entalpii rozpuszczania

i zobojętniania.

2. Sposób wykonania:

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 T₁, T₂, można z następującej zależności wyznaczyć średnią pojemność cieplna kalorymetru:

ΔH = C * Δ₁T (14.19)

Ponieważ:

więc:

(14.20)

Gdzie:

C -średnia pojemność cieplna kalorymetru,
-molowa entalpia rozpuszczania NH₄C1 lub KC1 (kJ*mol^-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
podczas rozpuszczania m₂ gramów badanego związku w rozpuszczalniku (wodzie) o objętości takiej samej, jaka była stosowana do wyznaczania średniej pojemności cieplnej kalorymetru (C).

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

ΔH^C = ΔH^r + ΔH^z

Stąd:

ΔH^Z = ΔH^C - ΔH^r

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 zobojętniani, M₂ -masa molowa kw. siarkowego(g), c -średnia pojemność cieplna kalorymetru, ΔH^r_m -molowa entalpia rozpuszczania kw. siarkowego (obliczona ze wzoru 14.21) (kJ*mol^-1 ) wyznaczona przez rozpuszczenie takiej samej ilości kwasu, jakiej użyto do reakcji zobojętniania, tj.m₂

1.Wyznaczenie pojemności cieplnej kalorymetru (jego kalibracja)

1. Odważam w naczyńku wagowym ok. 5g NH₄Cl lub KCl (z dokładnością do 0,0001g).

2. Do kalorymetru wlewam 100 cm³ wody i mierzę jej temperaturę w odstępach co 1 min w czasie 10 min.

3. Wsypuję do kalorymetru odważoną wcześniej ilość soli, ciągle mieszając odczytuję temperaturę przez pierwsze 5 min co 0,5 min, następnie co 1 min przez ok. 30 min, wyniki zapisuję w tabeli 1.

2. Wyznaczenie molowej entalpii rozpuszczania kwasu siarkowego VI

1. Do kalorymetru wlewam 100 cm³ wody i mierzę jej temperaturę w odstępach co 1 min w czasie 10 min.

2. Następnie wprowadzam do kalorymetru 2 cm³ stężonego kwasu siarkowego i mierzę zmiany temperatury przez pierwsze 5 min co 0,5 min, następnie co 1 min przez ok. 30 min, wyniki zapisuję w tabeli 2.

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

1. W zlewce, która zawiera 100cm³ wody rozpuszczam NaOH w ilości potrzebnej do zobojętnienia 2 cm³ stężonego kwasu siarkowego. Roztwór oziębiam do temperatury wody stosowanej w poprzednich pomiarach.

2. Oziębiony roztwór NaOH przelewam do kalorymetru i notuję zmiany temperatury w odstępach co 1 min w czasie 10 min.

3. Wprowadzam do kalorymetru 2 cm³ stężonego kwasu siarkowego i ciągle mieszając mierzę temperaturę przez pierwsze 5 min co 0,5 min, następnie co 1 min przez ok. 30 min.

3. Sposób przedstawienia wyników:

1. Wyznaczenie pojemności cieplnej kalorymetru

Zapisuję wskazania termometru w tabeli:

Czas (min.)	Okres początkowy											Okres główny i końcowy
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	10,5		11	11,5	12	12,5	13	13,5	14	14,5	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30
Temp. (ºC)

Substancja

Molowa entalpia rozpuszczania

Masa substancji

Objętość wody

Zmiana temperatury

- NH₄Cl (KCl)

- 15,99 (18,33) kJ∙mol^-1

- m₁ = ……… g

- V = 100 cm³

- ∆₁T = ………ºC

Sporządzam wykres zmian temperatury układu od czasu. Metodą graficzną wyznaczam wartość Δ₁T i obliczam pojemność cieplną kalorymetru.

2. Wyznaczenie molowej entalpii rozpuszczania kwasu siarkowego VI w wodzie

Zapisujemy wskazania termometru w tabeli:

Czas (min.)	Okres początkowy										Okres główny i końcowy
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10		10,5	11	11,5	12	12,5	13	13,5	14	14,5	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30
Temp. (ºC)

pojemność cieplna kalorymetru

masa H₂SO₄ (objętość 2 cm³)

objętość wody

zmiana temperatury

- C = ……… kJ∙K^-1

- m₂ = ……… g

- V = 100 cm³

∆₂T = ……… ºC

Wykreślam wykres zmian temperatury układu od czasu. Metodą graficzną wyznaczam wartość Δ₂T.

Obliczam molową entalpię rozpuszczania H₂SO₄.

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

Zapisujemy wskazania termometru w tabeli:

Czas (min.)	Okres początkowy										Okres główny i końcowy
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10		10,5	11	11,5	12	12,5	13	13,5	14	14,5	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30
Temp. (ºC)

pojemność cieplna kalorymetru

molowa entalpia rozpuszczania H₂SO₄

masa H₂SO₄ (o objętości 2 cm³)

masa NaOH

zmiana temperatury

- C = ……… kJ∙K^-1

- ∆H_m = ……… kJ∙mol^-1

- m₂ = ……… g

- m_NaOH = ……… g

- ∆₃T = ……… ºC

Sporządzam wykres zależności temperatury od czasu -T = f(t).

Obliczam molową entalpię zobojętniania mocnego kwasu (H₂SO₄) mocną zasadą (NaOH).

4. Wyznaczanie ∆T

Wykreślam krzywą idealnego wyrównania temperatur.

4. Obliczenia:

5. Wykresy:

6. Wnioski:

V-,

---