ТЕРМОХИМИЯ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТЫ РАСТВОРЕНИЕ СОЛЕЙ В ВОДЕ - Студенческий научный форум

X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

ТЕРМОХИМИЯ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТЫ РАСТВОРЕНИЕ СОЛЕЙ В ВОДЕ

Архипкин Д.А. 1
1Государственный социально-гуманитарный университет
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Экспериментальная часть

Измерение интегральной теплоты растворения соли в воде.

Задача: Измерить интегральную теплоту растворения солей (Na2CO3∙10H2O, ZnSO4∙7H2O, Na2CO3, ZnSO4) в воде.

Посуда и оборудование:

1- калориметрический стакан;

2 - изотермическая оболочка;

3 - подставка;

4 - крышка;

5 - магнитная мешалка;

6 - термометр;

7 - лапка;

8 - штатив;

9 - пипетка для соли

Реактивы:

1- Na2CO3∙10H2O;

2- Na2CO3;

3- ZnSO4∙7H2O;

4- ZnSO4

 

Интегральная теплота растворения соли - количество теплоты, выделяющейся или поглощаемой при растворении 1 моля соли в такой массе растворителя, чтобы получился раствор определенной концентрации.

 

1.         Наполняют калориметрический стакан взвешенным количеством дистиллированной воды.

2.         Взвешивают в пробирке такую навеску тщательно измельченной соли (mсоли), чтобы концентрация раствора после растворения навески составила 1 моль соли в 400 молях воды для Na2CO3∙10H2O и Na2CO3 и 1 моль соли в 500 молях воды для ZnSO4∙7H2O и ZnSO4 . Пробирку с солью выдерживают в стакане с водой около 15 минут, чтобы соль приобрела температуру воды.

3.         Включают мешалку, погружают термометр в воду, налитую в калориметрический стакан. После установления постоянной температуры проводят 10 измерений через каждые 30 с. При одиннадцатом измерении быстро высыпают соль в воду через предварительно взвешенную воронку (по разности масс воронки после опыта и до опыта можно рассчитать массу соли, оставшейся при внесении соли в калориметр, и учесть ее при вычислении точной массы соли, растворенной в калориметрической жидкости).

4.         Наблюдают за изменением температуры, вызванным процессом растворения. После установления постоянной температуры проводят еще 10 измерений через каждые 30 с.

5.         Строят график в координатах температура - время, проводят касательные в точках перегиба и определяют изменение температуры (∆Т), вызванное растворением соли. Интегральную теплоту растворения вычисляют по формуле :

∆Н = Ск*∆Т *М/ mсоли  (1)                                       

Относительную ошибку измерения рассчитывают по формуле :

ε=|∆Нпр - ∆Нтеор|/∆Нтеор. (2)

 

Табличные данные для интегральных теплот растворения солей, образующих кристаллогидраты, приведены в таблице 2 для температуры 25 °C. [4].

 

 

Таблица 2. Литературные данные по интегральной теплоте растворения

Вещество

Число молей H2O на 1 моль соли

-ΔHm, кДж/моль

Na2CO3

400

23,43

Na2CO3·10H2O

400

-69,04

ZnSO4

500

77,28

ZnSO4·7H2O

500

-18,87

 

 

 

 

 

 

 

3.2. Экспериментальные данные и их обработка

 

Расчет постоянной калори­метрической установки Ск

Тепловой эффект с допускаемой погрешностью в несколько процентов, Ск можно вычислить суммированием теплоемкостей калориметрической жидкости и всех соприкасающихся с ней частей калориметра:

      m(H2O)=150,00 г

Сp(H2O)=4,1796 Дж/(г*К)

mстакана=111,26 г

Cp(стакана)=0,791 Дж/(г*К)

m(мешалки)=2,03 г

Cp(меш)=0,48 Дж/(г*К)

Так как стекло и ртуть обладают близкими объемными удельными теплоемкостями 1,966 и 1,883 Дж/(см3 • К), то теплоемкость термометра вычисляют умножением погружаемого в калориметрическую жидкость объема термометра на среднюю объемную теплоемкость 1,925 Дж/(см3 • К). Погружаемый объем измеряют в мерном цилиндре. Относительная погрешность определения теплоемкости термометра составляет несколько процентов, но вклад ее в Ск незначителен.

Vтерм= 1 см3

Cp(терм)= 1,925 Дж/(г*К)

Ск=723,62 Дж/К

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3. Определение теплоты растворения Na2CO3.

 

Исходные навески: m(Na2CO3)= 2,12 г ; m(H2O)= 144г.

Таблица 3.3. Зависимость температуры от времени.

t(мин)

0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

T(⁰C)

25,1

25,1

25,1

25,1

25,1

25,1

25,1

25,1

25,1

25,1

Изменение температуры воды

t(мин)

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

9,5

T(⁰C)

25,8

25,8

25,8

25,8

25,8

25,8

25,8

25,7

25,7

25,7

Изменение температуры после добавления соли (Na2CO3)

 

∆T=25,8-25,1= 0,7 ⁰С   По формуле 1 найдем интегральную теплоту растворения: ∆Н = Ск*∆Т *М/ mсоли  

-∆H(Na2CO3)= 25,33 кДж/моль

По формуле 2 найдем относительную погрешность: ε=|∆Нпр - ∆Нтеор|/∆Нтеор

Теоретические значения из работы [4].

-∆H(Na2CO3)теор= 23,43 кДж/моль 

ɛ= 8,11% Надпись: Температура

 

Время

 

 

Рис.3. Графическое определение изменения температуры в ходе калориметрического опыта при измерении экзотермического эффекта.

 

 

 

3.4. Определение теплоты растворения Na2CO3∙10H2O.

 

m(Na2CO3∙10H2O)= 3,9  г; m(H2O)= 144г.

Таблица 3.4. Зависимость температуры от времени.

t(мин)

0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

T(⁰C)

25,5

25,5

25,5

25,5

25,5

25,5

25,5

25,5

25,5

25,5

Изменение температуры воды

t(мин)

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

9,5

T(⁰C)

25,0

24,3

24,3

24,3

24,3

24,3

24,3

24,3

24,3

24,3

Изменение температуры после добавления соли (Na2CO3∙10H2O)

 

∆T=-25,5+24,3=-1,2 ⁰С   По формуле 1 найдем интегральную теплоту растворения: ∆Н = Ск*∆Т *М/ mсоли  

-∆H(Na2CO3∙10H2O)= -63,68 кДж/моль

По формуле 2 найдем относительную погрешность: ε=|∆Нпр - ∆Нтеор|/∆Нтеор

Теоретические значения из работы  [4].

-∆H(Na2CO3∙10H2O)теор= -69,04 кДж/моль

ɛ= 7,76%.

 

Время

Надпись: Температура 

 

 

Рис. 4. Графическое определение изменения температуры в ходе калориметрического опыта при измерении эндотермического эффекта.

 

 

 

3.5. Определение теплоты растворения ZnSO4.

 

m(ZnSO4)=  2,12 г; m(H2O)= 112,5 г.

Таблица 3.5. Зависимость температуры от времени.

t(мин)

0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

T(⁰C)

25,1

25,1

25,1

25,1

25,1

25,1

25,1

25,1

25,1

25,1

Изменение температуры воды

t(мин)

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

9,5

T(⁰C)

25,9

26,5

26,6

26,5

26,5

26,4

26,4

26,4

26,4

26,4

Изменение температуры после добавления соли (ZnSO4)

 

∆T=26,4-25,1=1,3 ⁰С   По формуле 1 найдем интегральную теплоту растворения: ∆Н = Ск*∆Т *М/ mсоли  

-∆H(ZnSO4)= 71,65 кДж/моль

По формуле 2 найдем относительную погрешность: ε=|∆Нпр - ∆Нтеор|/∆Нтеор

Теоретические значения из работы [4].

-∆H(ZnSO4)теор= 77,28  кДж/моль

Надпись: Температураɛ=7,29 %.

 

Время

 

 

Рис.5. Графическое определение изменения температуры в ходе калориметрического опыта при измерении экзотермического эффекта.


3.6. Определение теплоты растворения ZnSO4·7H2O.

 

m(ZnSO4·7H2O)= 3,59  г; m(H2O)= 112,5 г

Таблица 3.6. Зависимость температуры от времени.

t(мин)

0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

T(⁰C)

25,2

25,2

25,2

25,2

25,2

25,2

25,2

25,2

25,2

25,2

Изменение температуры воды

t(мин)

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

9,5

T(⁰C)

25,0

25,0

24,9

24,9

24,9

24,9

24,9

24,9

25,0

25,0

Изменение температуры после добавления соли (ZnSO4·7H2O)

 

∆T= -25,2+24,9= -0,3⁰С  По формуле 1 найдем интегральную теплоту растворения: ∆Н = Ск*∆Т *М/ mсоли  

-∆H(ZnSO4·7H2O)= -17,39 кДж/моль

По формуле 2 найдем относительную погрешность: ε=|∆Нпр - ∆Нтеор|/∆Нтеор

Теоретические значения из работы [4].

 -∆H(ZnSO4·7H2O)теор= -18,87 кДж/моль

ɛ= 7,84 %.

Надпись: Температура

Время

 

 

 

Рис. 6. Графическое определение изменения температуры в ходе калориметрического опыта при измерении эндотермического эффекта.

 

Просмотров работы: 1193