Лабораторна робота № 1. „Визначення теплоти розчинення і гідратації солі”

Мета роботи:

1. Познайомитись з калориметричним методом вимірювання теплових ефектів.

2. Визначити теплоти розчинення безводного купрум (II) сульфату і мідного купоросу.

3. Визначити теплоту утворення кристалогідрату СuSО₄•5Н₂О з безводної солі.

На занятті необхідно:

1. Виконати роботу у відповідності до вимог даної методичної розробки.

2. Навчитись користуватись калориметром та визначати його теплоємність.

3. Розрахувати теплоту розчинення солі та теплоту гідратації.

4. Оформити звіт про виконану роботу і здати його викладачу.

Перелік обладнання та реактивів:

1. Калориметр;

2. термометр;

3. технохімічні ваги;

4. пробірки (3 шт.);

5. секундомір;

6. порцелянова ступка;

7. KNO₃

8. СuSО₄, СuSО₄•5Н₂О

Порядок виконання роботи:

Дослід 1. Визначення сталої калориметра

1. Суху пробірку попередньо зважити на технохімічних терезах.

2. Ретельно розтерти калій нітрат в порцеляновій ступці і засипати його у зважену пробірку приблизно на ¼ її висоти.

3. Зважити на технохімічних терезах пробірку з сіллю (з точністю до 0,01г). За різницею зважувань знайти масу солі, що повинна знаходитись в межах 4 -7 г. Отримані дані занести в таблицю 1.

4. У стакан калориметра налити 250 мл води, закрити калориметр кришкою і встановити в менший її отвір термометр, а в більший– пробірку з сіллю. (Для того щоб пробірка не провалювалась в калориметр на неї потрібно надіти гумове кільце!).

5. Вимірювання провести в три етапи (періоди): попередній, головний і заключний.

6. Ввімкнути калориметр в мережу змінного струму, потім ввімкнути тумблером мішалку, а через 1-2 хвилини– секундомір.

7. Попередній етап: вимірювання температури провести з точністю до 0,5°С через кожні 30 сек. протягом 5 хв.

8. Головний етап: не виключаючи секундоміра роз бити пробірку з сіллю так, щоб вся сіль висипалась у воду. Якщо температура змінюється дуже швидко, реєструвати її з меншою точністю.

9. Заключний етап: іще провести вимірювання температури через кожні 30 сек. протягом 5 хв. до встановлення рівномірного ходу температури (теж з точністю до 0,5°С).

10. Дані всіх вимірювань занести в таблицю 2.

11. Для розрахунку точної зміни температури на міліметровому папері побудувати графік, відкладаючи по вісі абсцис час, а по вісі ординат– зміну температури (масштаб на абсцисі- 1хв: 1см, а на ординаті– 1°К: 5см). З’єднані точки дадуть дві нахилені прямі для попереднього та заключного періодів.

12. х продовжити вправо та вліво відповідно і через середину головного періоду провести пряму, паралельну до вісі ординат, до перетину її з продовженнями попередніх прямих. Відстань між точками перетину відповідає зміні температури при розчиненні солі.

13. Визначивши з графіка Δt₁, розрахувати сталу калориметра (К):

де Q_роз- теплота розчинення солі ( -35,62 кДж/моль для KNO₃);

m - маса нітрату калію;

М - молярна маса KNO₃ (101,1 г/моль );

Δt₁- зміна температури при розчиненні солі.

Дослід 2. Визначення теплоти розчинення кристалогідрату (СuSО₄•5Н₂О)

1. Аналогічно до попереднього досліду зважують близько 5-7 г подрібненого мідного купоросу та вміщують його в пробірку, дані зважування заносять до таблиці 1.

2. Проводять вимірювання у відповідності до п.п. 6-10 попереднього досліду. Результати заносять в таблицю 2; будують графік, за яким визначають зміну температури при розчиненні солі (Δt₂)

3. Визначають теплоту розчинення (Q₁) солі за формулою:

,

де n - кількість речовини СuSО₄•5Н₂О.

Дослід 3. Визначення теплоти розчинення безводної солі (СuSО₄)

1. Беруть наважку безводного сульфату міді масою 4-5г і проводять дослід аналогічно до попереднього. Дані заносять в таблицю 2. Будують відповідний графік і знаходять зміну температури при розчиненні безводної солі (Δt₃).

2. Визначають теплоту розчинення (Q₂) солі за формулою:

,

де n - кількість речовини СuSО₄.

3. Визначають теплоту утворення кристалогідрату (Q₃) з безводної солі:

Q₃ = Q₂ – Q₁

4. Розрахувати відносну похибку експерименту, якщо інтегральна теплота розчинення безводної солі +39,04кДж/моль, а кристалогідрату - рівна -11,72кДж/моль.

5. Результати всіх дослідів занести в таблиці 1 та 2.

6. Зробити відповідні висновки.

Результати роботи:

Дослід 1. Визначення сталої калориметра

1. Розрахунок маси наважки солі KNO₃:

Таблиця 1.1

Пробірка з сіллю, г

22,33

Пуста пробірка, г

17,50

Сіль, г

4,83

2. Температурні показники для розчину солі KNO₃:

Таблиця 1.2

Температура

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

до розчинення

24,10

24,10

24,10

24,10

24,10

24,10

24,10

24,10

24,10

24,10

після розчинення

22,25

22,25

22,25

22,25

22,26

22,26

22,26

22,28

22,28

22,29

3. Розрахунок сталої калориметра:

Дослід 2. Визначення теплоти розчинення кристалогідрату (СuSО₄•5Н₂О)

1. Розрахунок маси наважки солі СuSО₄•5Н₂О:

Таблиця 2.1

Пробірка з сіллю, г

23,50

Пуста пробірка, г

17,50

Сіль, г

6,00

2. Температурні показники для розчину солі СuSО₄•5Н₂О:

Таблиця 2.2

Температура

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

до розчинення

23,90

23,90

23,90

23,90

23,90

23,90

23,90

23,90

23,90

23,90

після розчинення

23,73

23,70

23,70

23,70

23,70

23,70

23,70

23,70

23,70

23,70

3. Розрахунок теплоти гідратації солі СuSО₄•5Н₂О:

;

Дослід 3. Визначення теплоти розчинення безводної солі (СuSО₄)

1. Розрахунок маси наважки солі СuSО₄:

Таблиця 3.1

Пробірка з сіллю, г

22,00

Пуста пробірка, г

17,50

Сіль, г

4,50

2. Температурні показники для розчину солі СuSО₄:

Таблиця 3.2

Температура

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

до розчинення

23,98

23,98

23,98

23,98

23,98

23,98

23,98

23,98

23,98

23,98

після розчинення

24,68

24,70

24,70

24,70

24,70

24,70

24,65

24,65

24,65

24,65

3. Розрахунок теплоти гідратації солі СuSО₄:

;

4. Визначення теплоти утворення кристалогідрату з безводної солі:

5. Розрахунок відносної похибки досліду:

Висновок:

В процесі виконання роботи ми познайомились з калориметричним методом вимірювання теплових ефектів, визначили теплоти розчинення безводного купрум (II) сульфату і мідного купоросу, визначили теплоту утворення кристалогідрату СuSО₄•5Н₂О з безводної солі.