Kaja Fac

Paulina Krzemińska

Ćw. 4.

Pomiary kalorymetryczne efektów cieplnych w roztworach.

Celem ćwiczenia było wyznaczenie stałej kalorymetru oraz ciepła wybranego procesu fizykochemicznego, czyli w naszym przypadku ciepła hydratacji CuSO₄ do CuSO₄*5H₂O.

1. Na początku wyznaczyłyśmy K_st na podstawie zmian temperatury w czasie wzorca, którym był KCl.

W tym celu skorzystałyśmy z równania

Znając:

ΔH_KCl=18,33 kJ/mol

m_KCl=12,0191 g;

M_KCl=74,55 g/mol;

m_r=362,3191 g;

c_r=0,69 J/g*K

ϑ=0 K, ponieważ brak jest wahań temperatury w okresie początkowym i końcowym.

ΔT=-1,9 K

K_st=-5864,88 [J/K]

czas [s]	temperatura[ ]
0	23,7
30	23,7
60	23,7
90	23,7
120	23,7
150	23,7
180	23,7
210	23,7
240	21,8
270	21,8
300	21,8
330	21,8
360	21,8
390	21,8
420	21,8
450	21,8
480	21,8
510	21,8
540	21,8
570	21,8
600	21,8
630	21,8
660	21,8
690	21,8
720	21,8
750	21,8
780	21,8
810	21,8
840	21,8
870	21,8

Wykres:

Z wykresu wynika, że rozpuszczanie jest reakcją endotermiczną, gdyż ciepło jest pobierane z otoczenia.

2. W kolejnym kroku naszym zadaniem było wyznaczenie ciepła rozpuszczania bezwodnego CuSO₄.

Postępowałyśmy tak samo, mierząc zmianę temperatury w czasie i na tej podstawie wyliczając K_r,b oraz zmianę entalpii reakcji.

czas [s]	temperatura[
0	23,6
30	23,6
60	23,6
90	23,6
120	23,6
150	23,6
180	23,6
210	23,6
240	23,9
270	24,2
300	24,4
330	24,7
360	24,7
390	24,7
420	24,7
450	24,7
480	24,7
510	24,7
540	24,7
570	24,7

Wykres:

Obliczamy stałą kalorymetryczną roztworu bezwodnego siarczanu miedzi (K_r,b):

m_b=12,1107g

m_w=350,6g

c_r=4,1

[J/K]

Stała kalorymetryczna wynosi

Molowe ciepło rozpuszczania bezwodnego siarczanu miedzi wynosi:

ΔT_b=1,1K

ϑ_b=-0,2K

M_b=159,60

Z wykresu i z wyliczonego ciepła rozpuszczania bezwodnego siarczanu miedzi wynika, że reakcja jest egzoenergetyczna, ponieważ ciepło jest wydzielane do otoczenia.

3. Wyznaczenie ciepła rozpuszczania uwodnionego CuSO₄*5H₂O.

Postępowałyśmy tak samo jak w punkcie 2, mierząc zmianę temperatury w czasie i wyliczając K_r,u oraz zmianę entalpii reakcji.

czas [s]	temperatura[ ]
0	24,4
30	24,4
60	24,4
90	24,4
120	24,4
150	24,4
180	24,4
210	24,4
240	24,3
270	24,3
300	24,3
330	24,2
360	24,2
390	24,2
420	24,2
450	24,1
480	24,00
510	24,00
540	23,9
570	23,9
600	23,8
630	23,8
660	23,8
690	23,8
720	23,8
750	23,8
780	23,7
810	23,7
840	23,7
870	23,7
900	23,7
930	23,7
960	23,7
990	23,7

Wykres:

Obliczamy stałą kalorymetryczną roztworu uwodnionego siarczanu miedzi (K_r,u):

m_u=18,9417g

m_w=343,6g

c_r=4,1

[J/K]

Stała kalorymetryczna wynosi:

Molowe ciepło rozpuszczania bezwodnego siarczanu miedzi wynosi:

ΔT_u=-0,7 K

ϑ_u=0,56 K

M_u=249,68

Z wykresu i z wyliczonego ciepła rozpuszczania wynika, że rozpuszczanie uwodnionego CuSO₄*5H₂O jest reakcją endoenergetyczną, ponieważ ciepło jest pobierane z otoczenia.

Ciepło hydratacji siarczanu miedzi obliczamy z różnicy:

Hydratacja bezwodnego siarczanu (VI) miedzi (II) jest procesem egzoenergetycznym, co wnioskujemy po ujemnej entalpii.

Ciepło hydratacji to ilość energii uwalniana, kiedy cząsteczka rozpuszcza się w dużej ilości wody, tworząc nieskończenie rozcieńczony roztwór.

Nasz proces opisany jest równaniem:

Zgodnie z prawem Hessa, entalpię hydratacji można obliczyć z równania

Dane zawarte w książce P.W. Atkinsa są następujące:

Czyli teoretycznie powinnyśmy otrzymać taką wartość entalpii hydratacji.

Według książki `Physical Chemistry' entalpia uwodnienia wynosić powinna -78,2 kJ/mol.

Nasz wynik wynosi -60,00 kJ/mol i różni się o około -19 kJ/mol. Różnica może być spowodowana błędem pomiarowym związanym z używanym sprzętem lub złych warunków reakcji.

specific heat of KCl - dana ze strony http://www.korth.de/eng/503728952d091450d/503728952d0affc29.htm

Chemia Fizyczna, P.W. Atkins, tabela 2.6, WSiP 2007

Physical Chemistry, tom 2; Singh N.B.,Das Shiva Saran, Singh A.K., str. 36

---