Łódź, dn. 14 października 2002 r.

Wydział Chemiczny.

Kierunek

Papiernictwo i Poligrafia.

Ćwiczenie Nr 16

Oznaczanie ciepła spalania

substancji stałych.

Ćwiczenie wykonano: 14.10.2002 r.

Sprawozdanie złożono: 21.10.2002 r.

Sprawozdanie poprawione złożono: 28.10.2002 r.

Ćwiczenie wykonała:

Agnieszka Andruszkiewicz

2. Część teoretyczna.

Dział chemii fizycznej noszący nazwę termodynamiki zajmuje się badaniem przemian energii z jednej postaci w inną, np.; przemiany ciepła w pracę lub odwrotnie.

Podstawowym prawem jest I ZASADA TERMODYNAMIKI, która mówi, że energia wewnętrzna układu izolowanego jest stała. Natomiast zmiana całkowitej energii układu, jest równa sumie, różnicy ciepła (q) wymienionego między układem a otoczeniem oraz pracy (w) wykonanej na układzie przez otoczenie lub przez układ na otoczeniu:

ΔU=q±w.

Pomiar ΔU a także definicji odwołują się do powyższych wielkości (w), (q), to wskazuje na bardzo prostą metodę zmiany energii wewnętrznej układu, w którym przebiega reakcja chemiczna. Wiemy, że praca wykonana przez układ rozprężający się przeciwko stałemu ciśnieniu zewnętrznemu p₂, jest proporcjonalny do zmiany jego objętości. Jeżeli zatem zamkniemy reagujący układ wewnątrz zbiornika nie zmieniającego objętości, układ nie będzie mógł wykonać pracy objętościowej, dlatego w = 0. Wtedy równanie ΔU zapisujemy;

ΔU = q (w stałej objętości)

Urządzeniem realizującym to w praktyce jest bomba kalorymetryczna. Składa się ona z masywnego cylindra stalowego, termometru i otaczającej bombę kąpieli wodnej. Całe urządzenie jest izolowane cieplnie od reszty otoczenia stanowiąc układ izolowany. Tę zależność wykorzystuję do realizacji mojego ćwiczenia, którego celem jest oznaczenie ciepła spalania substancji stałych.

• Entalpię, ΔH, układu definiuje zależność; ΔH=U+pV lub ΔH=g (pod stałym ciśnieniem)

• Reakcje endotermiczne odpowiadają zwiększeniu entalpii układu, ponieważ energia doprowadzona jest w niej do układu jako ciepło i jego entalpia się zwiększa (wtedy znak dodatni w wartości entalpii).

• Reakcje egzotermiczne odpowiadające zmniejszeniu entalpii układu, ponieważ energia jako ciepło, opuszcza układ i jego entalpia maleje (wtedy znak ujemny w wartości entalpii)

• Entalpia jest funkcją stanu, niezależną od drogi.

• Standardowa entalpia spalania Δ_spH·, jest standardową entalpią spalania 1 mola substancji (jednym z zastosowań entalpii spalania jest ocena przydatności paliw).

• Standardowa entalpia tworzenia, Δ_twH°, substancji przedstawia standardową entalpię reakcji, w której 1 mol danej substancji tworzy się z pierwiastków w ich stanach podstawowych. Pod pojęciem stan podstawowy pierwiastka rozumiemy najtrwalszą w panujących warunkach jego odmianę.

3. Obliczenia

• Obliczam K- pojemność cieplną układu kalorymetrycznego.

Masa tabletki wzorcowej - 0,78 g

Ciepło spalania substancji 26,469 kJ/g

Z wykresu wyznaczam Δt+Σv = 1,67 K

K=12,3kJ/K

• Obliczam ciepło spalania tabletki wykonanej przez siebie z substancji o nieznanej nazwie.

Masa tabletki = 0,684 g

Z wykresu wyznaczam Δt+Σv = 1,87 K

C= - 33,7 kJ/g

3.Wnioski.

Oznaczenie ciepła spalani substancji stałej.

W realizacji mojego ćwiczenia, pierwszym krokiem jest wyznaczenie pojemności cieplnej bomby kalorymetrycznej. Obliczam ją na podstawie pomiaru temperatur procesu spalania tabletki wzorcowej o znanej masie, wartości ciepła spalania oraz wyznaczonej z wykresu wartości Δt+Σv = 1,675 K.

Mając wszystkie dane obliczyłam pojemność cieplną układu kalorymetrycznego, która wynosi K = 12,3 kJ/K.

Na podstawie wzoru pojemności cieplnej układu kalorymetrycznego
, obliczę ciepło spalania tabletki, wykonanej przez siebie z substancji o nieznanej nazwie, o masie 0,684g i o wyznaczonej metodą graficzną z wykresu wartości Δt+Σv=1,87 K. Korzystam z wzoru:

Ciepło spalania nieznanej substancji wynosi C = -33,7 kJ/g.

W badanym przeze mnie procesie spalania substancji stałej nastąpił wzrost temperatury świadczy to o uwolnieniu się ciepła. Badana reakcja była, więc reakcją egzotermiczną. Ponieważ energia, w postaci ciepła, opuszcza układ i jego entalpia maleje, wartość entalpii zapisujemy ze znakiem ujemnym.

ΔH=q

ΔH= -33,7kJ/g

Standardowa entalpia spalania Δ_spH° , jest standardową entalpią spalania 1 mola substancji (jednym z zastosowań entalpii spalania jest ocena przydatności paliw). W naszym przypadku nie znamy składu substancji, a więc także jej masy molowej. Dlatego posługujemy się wielkością zwaną entalpią właściwą , a przedstawiającą ciepło wydzielane przy spaleniu jednostkowej masy paliwa (podawanej w kJ/g) Wszystkie entalpie właściwe są dodatnie i ich wartości liczbowe zapisujemy pomijając znak +.

Obliczając entalpię właściwą spalania substancji możemy np. ocenić wartość opałową spalanego paliwa.

W przypadku badanych przeze mnie substancji wartość entalpii właściwej wskazuje, że z identycznej ilości substancji tabletki Nr 2 w procesie spalania wydzieli się większa ilość ciepła niż z substancji wzorcowej. Ma ona więc czysto teoretycznie większą przydatność jako paliwo w energetyce.

Porównując zbliżone wartości ciepła spalania badanych substancji możemy przypuścić, że są one pochodną jednego związku chemicznego.

---