5. Wyznaczanie zmiany entalpii układu

Zakres zagadnień: pojęcie entalpii (definicja, wzór, jednostka), I zasada termodynamiki, procesy izobaryczne, izochoryczne, izotermiczne i adiabatyczne; reakcje egzo- i endotermiczne, pojęcie funkcji stanu oraz wszystkie zagadnienia, wzory, wielkości fizyczne ich jednostki występujące w instrukcji.

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie zmiany entalpii układu, w którym następuje rozpuszczanie ciała stałego w cieczy. Proces ten można uznać za izobaryczny. Należy zwrócić uwagę na to, że ciepło Q, jakie jest pobierane lub oddawane przez układ, zależy od temperatury, w jakiej zachodzi proces oraz od stężenia roztworu. Mamy zatem: _i  q_i, gdzie i - jest liczbą całkowitą określającą kolejną porcję ciepła. Suma tych cząstkowych zmian jest całkowitą zmianą entalpii rozpatrywanego procesu:

,

gdzie n - jest liczbą całkowitą równą liczbie porcji ciała rozpuszczonego.

Jeśli badany układ składa się z rozpuszczalnika, substancji rozpuszczanej i termosu, to cząstkowe zmiany entalpii można obliczyć ze wzoru:

gdzie:

m_w - masa rozpuszczalnika, m_i - masa i-tej porcji ciała rozpuszczanego,

c_ri - ciepło właściwe roztworu, p_k - pojemność cieplna termosu,

T_ki - temperatura końcowa roztworu, T_pi - temperatura początkowa roztworu.

Ciepło właściwe roztworu c_ri zależy od stężenia procentowego k_i badanego roztworu określonego wzorem:

.

1. Przebieg czynności:

• Odważyć 5 porcji substancji badanej po 5 g każda.

• Wlać do termosu wodę w ilości 400 ml.

• Zmierzyć temperaturę początkową wody.

• Wsypać do termosu 1 porcję odważonej substancji i po rozpuszczeniu jej w wodzie, zmierzyć temperaturę mieszaniny.

• Rozpuszczając kolejno pozostałe porcje przygotowanej substancji, zmierzyć każdorazowo temperaturę roztworu T_ki po całkowitym rozpuszczeniu substancji. Temperatura końcowa T_ki po rozpuszczeniu się wsypanej i - tej porcji substancji jest jednocześnie temperaturą początkową T_pi+1 procesu rozpuszczania się następnej porcji.

• Każda z osób biorących udział w doświadczeniu ma je przeprowadzić dla jednej z badanych substancji.

1. Przykładowa tabela wyników:

l.p.	mi, g	mi, kg	Tpi, ^oC	Tpi, K	Tki,^oC	Tki, K	wielkości stałe
1.							pojemność cieplna termosu, pk [J/K]	280
2.							błędy systematyczne pomiaru
3.							mi		kg
4.							T		K
5.							V			m^3
							objętość wody	400 ml		m^3
	Σ =	Σ =

2. Oblicz cząstkowe zmiany entalpii układu H_i. Wartość ciepła właściwego roztworu c_ri należy odczytać z wykresu. Wartość stężeń k_i obliczamy ze wzoru.

3. Oblicz całkowitą zmianę entalpii układu H.

5. Przedstaw graficznie zależność temperatury roztworu od jego stężenia: T = f(k) dla wszystkich badanych substancji.

6. Obliczyć błąd końcowy H metodą różniczki zupełnej.

7. Obliczyć wartości średnie i odchylenia standardowe dla pomiaru masy substancji oraz przeprowadź dyskusję błędów.







---