Теплота растворения соли

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ Российской федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Северский технологический институт – филиал НИЯУ МИФИ

(СТИ НИЯУ МИФИ)

  Кафедра ХиТМСЭ

Лабораторная работа

ТЕПЛОТА РАСТВОРЕНИЯ СОЛИ

         Студент гр. Д-310

         ____________ Баскова Е.В.

         «____»___________ 2011 г.

Руководитель: ст. преподаватель

                                     ____________ Смолкина Т. В.

                        «____»_________ 2011 г.

Северск – 2011

Цель работы: ознакомление с термохимическими измерениями, экспериментальное определение теплоты растворения соли. Любая химическая реакция и любое физико-химическое превращение сопровождается выделением или поглощением тепла (тепловым эффектом). Величину теплового эффекта измеряют с помощью специального прибора –

калориметра, представленного на рисунке 1.

Рисунок 1 – Калориметр для определения теплового эффекта

Растворения

Калориметр состоит из сосуда 1, в который помещается исследуемое вещество, и защитной оболочки 2, уменьшающей тепловое взаимодействие сосуда и исследуемого вещества с окружающей средой. Для определения тепловых эффектов при температуре от –20 ° до + 50 ° применяют калориметр с воздушной изотермической оболочкой. В крышке калориметра 3 имеются отверстия, в которые вставляют стеклянную мешалку 4 и термометр Бекмана 5, позволяющий измерить изменения температуры (но не температуру) с точностью до 0,002 °С.

При проведении в калориметре какого-либо процесса, сопровождающегося тепловым эффектом, в теплообмене участвуют не только сосуд с исследуемым веществом, но и остальные части калориметрической системы (мешалка, термометр Бекмана, крышка и др.), поэтому уравнение теплового баланса имеет вид:

Q = (m1C1 +m2C2 +m3C3 + ...)(t2 -t1 ), (1)

где Q – теплота процесса (например, процесса растворения соли);

m1 – масса раствора;

C1 – теплоёмкость раствора;

m2 – масса сосуда;

С2 – теплоёмкость сосуда;

m3– масса мешалки;

C3 – теплоёмкость мешалки и т.д.;

t2 - t1 – изменение температуры.

Так как все измерения проводятся в одном и том же калориметре, величины m2, m3 и т.д., а также С2, C3 и т.д. остаются постоянными во всех опытах. Обозначим выражение

(m2C2 + m3C3 + ...) = K. (2)

K называется теплоёмкостью калориметрической системы или постоянной калориметра. Величина K указывает количество тепла, которое необходимо сообщить участвующим в теплообмене частям калориметра, чтобы повысить их температуру на один градус.

Для определения K проводится дополнительный опыт, в котором измеряется изменение температуры при растворении какой-либо соли (обычно KCl), тепловой эффект растворения которой известен. Для дополнительного опыта уравнение (1) запишется так:

(3)

QKCl – количество теплоты, выделившейся или поглотившейся в ходе растворения KCl массой;

           – масса растворения соли  г.;

       – теплота растворения KCl;

                                             – масса раствора, г. ;

C1 – теплоёмкость раствора (С1 = 4,1 Дж/г·град);

K – постоянная калориметра;

      – изменение температуры в процессе растворения, град.

Из уравнения (3) находим К:

(4)

Теплоту растворения  исследуемой  соли           рассчитываем по уравнению:

(5)

3 Порядок выполнения работы

3.1 Налить в калориметрический стакан 150 мл воды.

3.2 Проверить настройку термометра Бекмана.

3.3 Взвесить 2 г KCl на кусочке кальки.

3.4 До всыпания соли при непрерывном помешивании взять по шкале термометра Бекмана 6–7 отсчётов через каждые 30 с. (Опыт можно начинать лишь после того, как все части калориметрической системы будут иметь одинаковую температуру. При этом температура будет либо постоянной во времени, либо равномерно изменяющейся из-за изменения температуры окружающей среды).

3.5 Не выключая секундомера, приподнять крышку калориметра, аккуратно всыпать KCl в воду так, чтобы кристаллики не попали на стенки стакана или непогруженную часть термометра. Если при этом 1–2 отсчёта температуры будут пропущены, это не скажется на точности опыта, если при построении графика для определения Dt учесть этот пропуск.

3.6 Помешивая раствор, записывать показания термометра Бекмана (через 30 с.) до тех пор, пока температура после снижения не станет вновь повышаться.

3.7 Придерживая внутренний стакан, вылить раствор KCl в раковину.Стакан, термометр и мешалку промыть дистиллированной водой.

3.8 Проделать опыт с исследуемой солью так же, как с KCl.

3.9 Определить действительное изменение температуры графическим способом. Для этого на миллиметровой бумаге по оси абсцисс отложить время, а по оси ординат – температуру. После нанесения всех экспериментальных точек получается ломаная ABCD, показанная на рисунке 2 (ломаная может иметь и другой вид).

Время, относящееся к участку AB, в течение которого все части установки приобретают одинаковую температуру и равномерную скорость её изменения, называется «предварительным периодом». Время, относящееся к участку ВС, за которое происходит растворение соли – «главным периодом»; CD – «заключительным» (система за счёт теплообмена с окружающей средой

вновь приобретает комнатную температуру).

Для определения истинного значения Dt время главного периода (отрезок mn) необходимо разделить пополам и из полученной точки Е восстановить перпендикуляр до пересечения с продолжениями прямых АВ и СD. От-

резок перпендикуляра ef дает искомое значение Dt.

3.10 Рассчитав K, вычислить удельную теплоту растворения исследуемой соли. Затем, узнав у преподавателя точное значение теплоты растворения сследуемой соли, подсчитать абсолютную и относительную погрешности опыта.

Абсолютной погрешностью    а в определении какой–либо величины А

является разность между приблизительным числом a, полученным из опыта,

и истинным значением А:

a = a - A.

Относительной погрешностью d называют отношение абсолютной погрешности к истинному значению:

В выводах к проделанной работе следует указать значение теплового эффекта растворения соли, определенное с той или иной погрешностью.