Этап 1. Определение теплоёмкости калориметрической системы. По формуле (6) рассчитывают постоянную калориметра.

 

А) Расчетный метод

По формуле (6) рассчитывают постоянную калориметра.

 

Б) Экспериментальный метод

 

1. Обработку результатов начинают с построения графика зависимости , полученной на этапе 1, и нахождения (таблица 1).

Типичный вид кривой изменения температуры со временем для эндотермического процесса растворения приведен на рис.3. Из графика следует, что весь эксперимент можно разбит на три периода: подготовительный; основной период растворения соли; окончательный. В первом периоде жидкость слегка нагревается за счет трения о мешалку и стенки стакана. Во втором периоде при растворении соли происходит резкое охлаждение жидкости. В третьем периоде, после окончания растворения, жидкость опять слегка начинает нагреваться. Для определения величины D Т при растворении соли поступают следующим образом. Точки В и С, соответствующие началу и концу растворения соли, проектируют на ось ординат, находят середину отрезка nm (проекция кривой растворения на ось ординат) и проводят линию kl. Экстраполируют линейные участки АВ и CD изменения температуры в первом и третьем периодах до абсциссы точки 1. За D Т принимается величина отрезка EF.

Рис. 3. График для определения действительного изменения температуры

 

2. После этого находят постоянную калориметра K.

На основании приведенных в таблице 3 справочных данных строят график зависимости интегральной теплоты растворения взятой для эксперимента соли от моляльной концентрации раствора. Рассчитывают моляльную концентрацию получившегося раствора, принимая плотность воды раной 1 г/см³. По графику определяют величину при той моляльной концентрации, которая имела место в опыте.

Таблица 3

Интегральные теплоты растворения хлорида калия и хлорида аммония в воде

Моляльная концентрация раствора, моль/кг		Моляльная концентрация раствора, моль/кг
KCl	NH4Cl	KCl	NH4Cl
0.01	17.23	14.85	0.4	17.55	15.27
0.02	17.39	14.94	0.5	17.50	15.27
0.05	17.44	15.02	1.0	17.43	15.31
0.1	17.51	15.10	2.0	17.28	15.27
0.2	17.55	15.19	3.0	16.72	15.23
0.3	17.57	15.23	4.0	16.17	15.19

 

Постоянную калориметра рассчитывают по формуле (8). Эту величину используют в дальнейших расчетах.

2. После этого находят постоянную калориметра K.

На основании приведенных в таблице 4 справочных данных строят график зависимости интегральной теплоты растворения взятой для эксперимента соли от моляльной концентрации раствора. Рассчитывают моляльную концентрацию получившегося раствора, принимая плотность воды раной 1 г/см³. По графику определяют величину при той моляльной концентрации, которая имела место в опыте.

Таблица 4

Интегральные теплоты растворения хлорида калия и хлорида аммония в воде

Моляльная концентрация раствора, моль/кг		Моляльная концентрация раствора, моль/кг
KCl	NH4Cl	KCl	NH4Cl
0.01	17.23	14.85	0.4	17.55	15.27
0.02	17.39	14.94	0.5	17.50	15.27
0.05	17.44	15.02	1.0	17.43	15.31
0.1	17.51	15.10	2.0	17.28	15.27
0.2	17.55	15.19	3.0	16.72	15.23
0.3	17.57	15.23	4.0	16.17	15.19

Постоянную калориметра рассчитывают по формуле (8). Эту величину используют в дальнейших расчетах.

3. На основании экспериментальных данных строят графики зависимости температуры в калориметре от времени (рис. 4, а – для безводной соли, б – для кристаллогидрата) в масштабе 1 мин = 1 см, 1° = 10 см. Экстраполяцией температурных зависимостей на 11-ю минуту определяют истинное повышение температуры в процессе растворения для безводной соли и для кристаллогидрата.

 

Рис. 4. Зависимость температуры в калориметре от времени

(а – опыт с безводной солью, б – опыт с кристаллогидратом)

4. Интегральную теплоту растворения безводной соли в Дж/моль рассчитывают по формуле:

(6)

где – молярная масса безводной соли;

– масса воды;

– истинная навеска безводной соли;

c = 4,10 Дж/г·К – теплоемкость раствора;

– скачок температуры при растворении безводной соли, определенный графически;

– постоянная калориметра.

5. Интегральную теплоту растворения кристаллогидрата в Дж/моль определяют по формуле:

(7)

где – молярная масса кристаллогидрата;

– навеска кристаллогидрата,

– скачок температуры при растворении кристаллогидрата, определенный графически, – постоянная калориметра.

6. Теплоту образования кристаллогидрата рассчитывают по уравнению (4).

7. Делают выводы по работе. Отвечают на вопросы.

7.1. Какой тип калориметра использован в работе?

7.2. Почему измеренное значение С_кс не равно теплоемкости 400 г воды, залитой в калориметр ().

7.3. Как отличаются знаки теплот растворения CuSO₄ и CuSO₄∙5Н₂О в воде? Почему?

7.4. Табличное значение = –78,87 кДж/моль. Каковы абсолютная и относительная ошибки Вашего эксперимента?

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Практикум по физической химии / Под ред. В.В. Буданова и Н.К. Воробьева. – М.: Химия, 1986. – С. 117-118.

2. Практикум по физической и коллоидной химии / Под ред. К.И. Евстратовой. – М.: Высш. шк., 1990. – С. 12-21.