Кафедра физхимии ЮФУ (РГУ) - Практикум по физической химии

Кафедра физхимии ЮФУ (РГУ)

ПРАКТИКУМ ПО ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ

для студентов химического факультета

Работа № 2
КАЛОРИМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЯРНОЙ ТЕПЛОТЫ
НЕЙТРАЛИЗАЦИИ

Задания к работе

1. Изучить зависимость температуры от времени в ходе калориметрических процессов. Построить графики зависимостей, графически определить изменение температуры.

2. Произвести сравнение (компарирование) термометров в необходимом интервале температур; построить график зависимости показаний термометров от времени в ходе компарирования. В случае необходимости исправить показания термометра, используемого для измерения температуры раствора щелочи.

3. Рассчитать молярную теплоту нейтрализации.

4. Рассчитать относительную ошибку определения и предельную погрешность метода; сравнить полученные величины.

Молярную теплоту нейтрализации кислоты щелочью определяют по изменению температуры в процессе нейтрализации в калориметре раствора кислоты небольшим избытком раствора щелочи.

Определение постоянной калориметра

Постоянную калориметра (теплоёмкость калориметрической системы) определяют по стандартному веществу (КСl) аналогично описанному в работе 1.

Определение молярной теплоты нейтрализации

В калориметр, постоянная которого определена ранее, помещают 48 мл 0.25 н раствора соляной кислоты (или другой кислоты по указанию преподавателя). Во второй калориметр наливают 52 мл 0.25 н раствора NаОН; небольшой избыток щелочи необходим для того, чтобы при сливании растворов произошла полная нейтрализация кислоты. Выжидают около 10 мин для уравнивания температуры всех частей калориметров.

Включив секундомер и равномерно помешивая содержимое калориметров мешалкой, в течение четырех минут каждые 30 с фиксируют температуру обоих растворов. После этого, не выключая секундомер, быстро вынимают пробирку с раствором щелочи из калориметра, приливают щелочь к находящемуся в другом калориметре раствору кислоты и интенсивно перемешивают содержимое. Через 2 мин после сливания растворов (с момента времени τ = 6 мин) вновь начинают производить снятие показаний термометра каждые 30 с ещё в течение 4 мин.

Для расчета изменения температуры в процессе нейтрализации строят на миллиметровой бумаге график зависимости температуры от времени (рис. 1). Поскольку температуры растворов кислоты и щелочи в ходе предварительного периода измерялись разными термометрами, перед построением графика необходимо сравнить показания "кислотного" и "щелочного" термометров и при необходимости внести в величину температуры раствора щелочи поправку на разность показаний термометров (пересчитать температуру раствора щелочи на показания "кислотного" термометра).

Рисунок 1. Графическое определение изменения температуры
в ходе процесса нейтрализации

Сравнение термометров

Термометры скрепляют друг с другом резинкой, закрепляют в штативе и помещают в стакан объемом 1 л, наполненный водой, температура которой должна быть примерно на 1 °С ниже, чем самая низкая из температур кислоты и щелочи до их сливания. При постоянном перемешивании с помощью магнитной мешалки воду нагревают со скоростью нагрева около 0.1 град/мин; при этом через каждую 1 мин фиксируют показания обоих термометров. Сравнение термометров проводится до температуры, приблизительно на 1 °С превышающей самую высокую температуру, зарегистрированную в ходе калориметрического процесса.

Расчет молярной теплоты нейтрализации

Температуру кислоты и щелочи на момент сливания определяют графически, экстраполируя зависимости температур от времени в ходе предварительного периода на середину главного периода (τ = 5 мин).

Если растворы кислоты и щелочи в момент сливания имели разные температуры, за начальную температуру опыта принимают вычисленную по правилу аддитивности температуру t₁, которая установилась бы при смешении растворов кислоты и щелочи, если бы смешение не сопровождалось тепловым эффектом:

(1)

Конечную температуру опыта t₂ находят обычным образом, экстраполируя на середину главного периода зависимость температуры от времени в ходе заключительного периода. Молярную теплоту нейтрализации кислоты щелочью рассчитывают по уравнению (2):

(2)

Здесь К – постоянная калориметра, кал/град;
V_к – объем раствора кислоты, мл;
C_к – концентрация раствора кислоты, моль/л.

Полученное значение ΔН сравнивают с табличной величиной молярной теплоты нейтрализации и находят по формуле (3) относительную ошибку определения δ(ΔН).

, % (3)