Grupa	Zespół	Ćwiczenie	Data	Ocena
22	7	1	11.04.2000
Imię i nazwisko		Temat ćwiczenia
A. Stanisławczyk R. Nawrocka A. Gołębiowska		KALORYMETRIA

1.Wstęp teoretyczny:

Ciepłem neutralizcji - nazywamy efekt cieplny procesu , w którym 1 mol jonów H⁺ reaguje z 1 molem jonów OH^- w roztworze o stałym stężeniu . Ciepło neutralizacji mocnych kwasów za pomocą mocnych zasad jest praktycznie niezależne od rodzaju kwasu i zasady i w temperaturze 25 C wynosi 55,81 kJ/mol.

Prawo Hessa : Ciepło reakcji zależy jedynie od stanu początkowego i końcowego .

1.Ciepło reakcji w stałej objętości : ∆ U= Q_V= U₂- U₁

2.Ciepło reakcji pod stałym ciśnieniem : ∆ H=Q_P= H₂- H₁

Kalorymetry to urządzenia zawierające płaszcz izolacyjny , naczynie kalorymetryczne , mieszadło , dokładny czujnik temperatury i inne elementy specyficzne dla danej reakcji ,której efekt cieplny jest mierzony.

Kalorymetry mogą być izotermiczne (w których mierzy się ilość ciepła , którą należy odprowadzić (doprowadzić ) do kalorymetru , tak aby zachować jego stałą temperaturę ) oraz nieizotermiczne , gdzie mierzy się zmiany temperatury kalorymetru związane przebiegiem badanego procesu i wymianą ciepła z otoczeniem .

Zmianie temperatury kalorymetru o ∆T towarzyszy wydzielanie lub pobranie ciepła :

Q=(∑ m_ic_i )∆T=K*∆T
, gdzie m_i - masy poszczególnych elementów kalorymetru

c_i - ich ciepła właściwe

K - całkowita pojemność cieplna kalorymetru łącznie z pojemnością cieplną badanych substancji.

Pojemność cieplna kalorymetru bez substancji badanych to tzw. W_w - wartość wodna.

Ze względu na niedoskonałość izolacji cieplnej kalorymetru pewna część ciepła Q wydzielonego w kalorymetrze w wyniku przebiegu badanego procesu , zostanie wymieniona z otoczeniem . Ilość ta jest najmniejsza , gdy temperatura kalorymetru , łącznie z badanymi substancjami , jest doprowadzona przed pomiarem możliwie jak najbliżej temperatury otoczenia .

Do wyznaczenia stałej kalorymetru oblicza się efekt cieplny procesu neutralizacji silnej zasady silnym kwasem . Do roztworu HNO₃ wprowadza się roztwór KOH i w wyniku neutralizacji otrzymuje się roztwór azotanu potasu KNO₃ :

H⁺ + NO₃^- + K⁺ +OH^- =H₂O + K⁺ +NO₃^-

Obserwowany efekt cieplny pochodzi nie tylko z samej reakcji zobojętniania , ale także od procesu przeniesienia jonów z roztworu kwasu i zasady do roztworu soli . Są to procesy rozcieńczania .

2. Cel ćwiczenia :

Celem ćwiczenia było wyznaczenie stałej kalorymetru na podstawie pomiaru ciepła zobojętniania HNO₃ za pomocą KOH .

3. Zadane parametry :

500 cm³ 1,1 mol roztworu HNO₃ (38,17 cm³ 65% roztworu HNO₃ rozcieńczone wodą do objętości 500 cm³ )

27, 9163 g KOH

1750 cm³ H₂O w naczyniu kalorymetrycznym

4. Sposób wykonania ćwiczenia :

Do naczynia kalorymetrycznego wlano 1750 cm³ wody destylowanej o temperaturze. Naczynie to wraz z wodą przeniesiono do płaszcza kalorymetru i ustawiono na znajdującej się na dnie podstawce izolacyjnej .

Zlewkę napełniono 500 cm³ 1,1 mol roztworu HNO₃ (uzyskanego przez dodanie 38,17 cm³ 65% roztworu HNO₃ do ok. 462 cm³ wody i umieszczono w naczyniu kalorymetrycznym .

Bańkę szklaną napełniono 27,9163g KOH w stanie stałym i umieszczono w zlewce tuż nad jej dnem . Następnie do naczynia kalorymetrycznego ostrożnie wprowadzono mieszadło mechaniczne i czujnik temperatury tak , aby żadne z urządzeń nie dotykało zlewki . Kalorymetr nakryto dwiema połówkami pokrywy winidurowej . Załączono główny włącznik sieciowy , włącznik mieszadła mechanicznego i wibrator oraz omomierz (Digital Multimetr ) .

Pomiar kalorymetryczny składał się z trzech okresów :

• początkowego - który trwał od rozpoczęcia odczytu do momentu rozbicia bańki szklanej (10 pomiarów oporu co 1min.)

• głównego - który trwał od momentu rozbicia bańki szklanej do czasu stabilizacji oporu (pomiary co 30 sekund )

• końcowego - który trwał od stabilizacji (10 pomiarów co 1 min. ) .

Po zakończeniu pomiarów wyłączono urządzenia , zabezpieczono czujnik tmperatury i mieszadło , opróżniono naczynie kalorymetryczne .

Wyniki pomiarów zestawiono w tabeli .

5. Wyniki pomiarów :

T= 82,034 - 53,0621*lgR

Czas [min]	T [deg ]	R (Ω)
0	19,62824561	15
1	19,64361376	14,99
2	19,65899216	14,98
3	19,67438083	14,97
4	19,68977978	14,96
5	19,70518904	14,95
6	19,7206086	14,94
7	19,73603848	14,93
8	19,75147871	14,92
9	19,76692928	14,91
10	19,78239023	14,9
11	19,73603848	14,93
11,5	19,76692928	14,91
12	19,79786155	14,89
12,5	19,90645262	14,82
13	19,98433216	14,77
13,5	20,07813636	14,71
14	20,15659927	14,66
14,5	20,25110877	14,6
15	20,34600746	14,54
15,5	20,40949107	14,5
16	20,44129857	14,48
16,5	20,4890923	14,45
17	20,52100994	14,43
17,5	20,60099799	14,38
18	20,63307111	14,36
18,5	20,66518893	14,34
19	20,69735158	14,32
19,5	20,71344975	14,31
20	20,74567988	14,29
20,5	20,76181186	14,28
21	20,77795514	14,27
21,5	20,81027567	14,25
22	20,82645295	14,24
22,5	20,84264159	14,23
23	20,85884162	14,22
23,5	20,87505304	14,21
24	20,89127587	14,2
24,5	20,90751013	14,19
25	20,92375584	14,18
25,5	20,92375584	14,18
26	20,94001301	14,17
26,5	20,95628165	14,16
27	20,97256179	14,15
27,5	20,97256179	14,15
28	20,98885344	14,14
29	21,00515661	14,13
30	21,02147132	14,12
31	21,0377976	14,11
32	21,05413544	14,1
33	21,07048488	14,09
34	21,08684593	14,08
35	21,1032186	14,07
36	21,1032186	14,07
37	21,11960291	14,06
38	21,13599888	14,05
39	21,13599888	14,05
40	21,15240653	14,04
41	21,16882586	14,03
42	21,16882586	14,03
43	21,1852569	14,02
44	21,20169967	14,01
45	21,21815417	14
46	21,23462043	13,99
47	21,23462043	13,99
48	21,25109847	13,98
49	21,25109847	13,98
50	21,25109847	13,98
51	21,25109847	13,98

Obliczenia :

Substancja	Ilość	Gęstość g/cm^3	nH2O/1n sub	∆Htw kJ/mol	∆Hroz(dośw) kJ/mol	∆Hroz(dosk) kJ/mol
HNO3	500cm^3 1,1 mol/l	1,035	48,76	-173,22	-31,27	-31,52
KOH	0,49mol	-	-	-435,89	-	-
KNO3	0,49mol	-	53,8	-492,71	34,19	42,3
H2O	26,82mol	-	-	-285,84	-	-

KOH+HNO₃ =KNO₃+H₂O

Ilość moli HNO₃ : 1000cm³ - 1.1 mol

500cm³ - X X=0.55 mol (0.051 mol nadmiaru )

mHNO₃=n*M=0.55*63=34,65g

mr-uHNO₃=d*V=1.035*500=517,5g

mH₂O=mr-uHNO₃-mHNO₃=482,8g

nH₂O=482,8/18=26,82mol

nH₂O/1molHNO₃=26,82/0,55=48,76

nH₂O/1molKNO₃=26,82/0,49=53,80

Zmiana entalpii reakcji zobojętniania w odniesieniu do skończonego, doświadczalnego rozcieńczania :

KOH+HNO₃ = KNO₃+H₂O = KNO₃+H₂O

∆H1=∆HtwKNO₃ + ∆HtwH₂O - ∆HtwKOH - ∆HtwHNO₃

∆HtwHNO₃= ∆HrozpHNO₃ + ∆HtwHNO₃

∆HtwHNO₃= -31,27-173,22=-204,49kJ/mol

∆H1=-492,7-285,84+435,89+204,49=138,17kJ/mol

∆H2=∆HrozKNO₃=34,19kJ/mol

∆Hzob=∆H1+∆H2

∆Hzob=-138,17+34,19=-103,98kJ/mol

∆Hzob(0,49molKOH)=0,49*(-103,98)=-50,95kJ/mol

Zmiana entalpii reakcji zobojętniania w odniesieniu do rozcieńczania doskonałego :

KOH+HNO₃ = KNO₃+H₂O = KNO₃+H₂O

∆H1=∆HtwKNO₃ + ∆HtwH₂O - ∆HtwKOH - ∆HtwHNO₃

∆HtwHNO₃= ∆HrozpHNO₃ + ∆HtwHNO₃

∆HtwHNO₃= -31,52-173,22=-204,74kJ/mol

∆H1=-492,7-285,84+435,89+204,74=137,92kJ/mol

∆H2=∆HrozKNO₃=42,3kJ/mol

∆Hzob=∆H1+∆H2

∆Hzob=-137,92+42,3=-95,62kJ/mol

∆Hzob(0,49molKOH)=0,49*(-95,62)=-46,85kJ/mol

∆T(z wykresu)=1,47K

Stała kalorymetru :

Doświadczalna Cdośw=∆Hzob/∆T=50,95/1,47=34,65kJ/K

Doskonała Cdosk=∆Hzob/∆T=46,85/1,47=31,87kJ/K

Błąd względny : Cdosk-Cdośw=2.77

Błąd bezwzględny: (Cdosk-Cdośw)/Cdosk*100%=8.7%

6. Dyskusja wyników , wnioski :

Mierzony opór jest odwrotnie proporcjonalny do temperatury ( gdy opór maleje , temperatura rośnie). Temperatura zaczyna gwałtownie wzrastać po rozbiciu szklanej bańki z KOH , czyli w trakcie drugiego okresu . Wzrost temperatury jest spowodowany tym, że reakcja jest egzotermiczna (w trakcie jej przebiegu wydziela się ciepło ).

Wyznaczone doświadczalnie ciepło neutralizacji kwasu azotowego zasadą potasową różni się nieco od ciepła teoretycznego ze względu na niedoskonałość izolacji cieplnej kalorymetru ( część ciepła jest wymieniana z otoczeniem).

1

5

---