Файл: Цель работы Определение теплового эффекта процессов растворения соли и гидратообразования. Оборудование и реактивы.docx

Цель работы

Определение теплового эффекта процессов растворения соли и гидратообразования.

Оборудование и реактивы

Стеклянный толстостенный (батарейный) стакан объемом 500 мл – 1 шт. Фарфоровый или стеклянный внешний стакан объемом 750 мл – 1 шт. Стеклянная палочка для перемешивания – 1 шт. Кристаллизатор – 1 шт. Штатив с лапками – 1 шт. Термометр Бекмана – 1 шт. Мерный цилиндр объемом 25 или 50 мл (для определения объема ртутного баллона термометра Бекмана) – 1 шт. Мерный цилиндр объемом 500 мл – 1 шт. Секундомер – 1 шт. Весы лабораторные – 1 шт. Безводная соль (сульфат меди, никеля, цинка или магния). Кристаллогидрат этой соли.

Краткие теоретические сведения

Гидратация — присоединение молекул воды к молекулам или ионам.

Кристаллогидраты — кристаллы, содержащие молекулы воды и образующиеся, если в кристаллической решётке катионы образуют более прочную связь с молекулами воды, чем связь между катионами и анионами в кристалле безводного вещества.

Термометр Бекмана или метастастический термометр — ртутный термометр со вложенной шкалой, используемый, в отличие от других термометров, не для измерения термодинамической температуры, а для измерения небольших разностей температур. Градус Бекмана = Градус цельсия.

Экзотермическая реакция - химическая реакция или ядерная реакция, сопровождающаяся выделением теплоты.

Эндотермическая реакция - химическая реакция или ядерная реакция, сопровождающаяся поглощением теплоты.

Энтальпия - термодинамический потенциал, характеризующий состояние системы в термодинамическом равновесии при выборе в качестве независимых переменных давления, энтропии и числа частиц.

Результаты опыта

Таблица 1. Протокол работы

Наменование соли	Сульфат меди
Химическая формула безводной соли	CuSO4
Масса безводной соли, г	5
Химическая формула кристаллогидрата	CuSO4·5H2O
Масса кристаллогидрата, г	7,8
Масса стеклянной палочки и внутреннего стакана калориметрической установки mст., г.	124,1
Объем ртутного баллона термометра VHg, мл	3
Объем воды, мл	300
Масса воды, г	300
Масса раствора безводной соли: , г	305
Масса раствора кристаллогидрата, г:	307,8

---

Таблица 2. Измерения температуры

№	Время, с	Температура, Б
		Безводная соль	Кристаллогидрат
1	0	3,91	3,76
2	30	3,92	3,77
3	60	3,92	3,78
4	90	3,93	3,79
5	120	3,94	3,79
6	150	3,94	3,80
7	180	3,95	3,81
8	210	3,96	3,82
9	240	3,97	3,83
10	270	3,98	3,84
11	300	3,99	3,85
12	330	4,50	3,85
13	360	4,65	3,83
14	390	4,69	3,79
15	420	4,71	3,73
16	450	4,72	3,72
17	480	4,73	3,71
18	510	4,73	3,70
19	540	4,74	3,70
20	570	4,74	3,70
21	600	4,75	3,70
22	630	4,75	3,70
23	660	4,75	3,71
24	690	4,75	3,71
25	720	4,76	3,71
26	750	4,76	3,71
27	780	4,76	3,71
28	810	4,76	3,71
29	840	4,76	3,71
30	870	4,76	3,71
31	900	4,76	3,71

---

Расчётные формулы

Теплоёмкость калориметрической установки по уравнения, Дж/К:

(1.1)

где C_р-р – удельная теплоемкость раствора, 4,18 Дж/гК; m_p-p – масса раствора во внутреннем стакане, г; С_Hg – объемная теплоемкость ртути и стекла, 1,92 Дж/см³К, V_Hg – объем баллона термометра, содержащего ртуть, мл; C_ст – удельная теплоемкость стекла, 0,79 дж/гК; m_cт. – общая масса стеклянных частей калориметрической установки, г.

Интегральная теплота растворения безводной соли и кристаллогидрата:

(2.2)

где n_соли – количество вещества соли (безводной или кристаллогидрата), моль.

Тепловой эффект процесса гидратации:

(2.3)

Относительная инструментальная ошибка:

(2.4)

Относительную погрешность расчетного определения теплоемкости системы обычно принимают равной 3 %; погрешность определения температуры определяется ценой деления термометра Бекмана (0,005°Б), массы – технической характеристикой весов (0,01 г).

Обработка экспериментальных данных

Рис. 1. Изменение температуры в опыте с безводной солью

ΔT_MeSO4 = 4,72 -4,00 = 0,72 Б



Рис. 2. Изменение температуры в опыте с кристаллогидратом

ΔT_MeSO4·nH2O = 3,70 - 3,88= -0,18 Б

1. 
   Теплоемкость калориметрической установки:
   
   1. 
      Для опыта с безводной солью
      

С_cal1 = C_р-рm_p-p + С_HgV_Hg + C_стm_ст= 4,18 Дж/(гК) * 305г + 1,92 Дж/(млК) *3 мл + 0,79 Дж/(гК) * 124,1г = 1378,688Дж/К

2. 
   Для опыта с кристаллогидратом
   

---

С_cal2 = C_р-рm_p-p + С_HgV_Hg + C_стm_ст= 4,18 Дж/(гК) * 307,8г + 1,92 Дж/(млК) *3 мл + 0,79 Дж/(гК) * 124,1г = 1390,03Дж/К

2. 
   Количество веществ щёлочи и кристаллогидрата, использованных в опыте:
   

3. 
   Тепловые эффекты реакций:
   
   1. 
      Для опыта с безводной солью
      

2. 
   Для опыта с кристаллогидратом
   

4. 
   Тепловой эффект процесса гидратации:
   

5. 
   Относительная инструментальная ошибка:
   
   1. 
      Для опыта с безводной солью
      

2. 
   Для опыта с кристаллогидратом
   

3. 
   Абсолютная погрешность определения теплоты гидратации:
   

Окончательный результат:

Вывод

В ходе лабораторной работы был определён тепловой эффект процесса гидратации медного купороса и растворения кристаллогидрата. По графикам изменения температуры можно убедиться, что процесс растворения безводной соли является экзотермическим (сопровождается повышением температуры), а растворение кристаллогидрата - эндотермическим, энергия расходуется на разрыв связей между молекулами H2O и CuSO4.

Было выяснено, что при образовании кристаллогидратов энтальпия системы понижается.

Изменение температуры в обоих опытах происходило постепенно, что связано с растворимостью солей. В опыте с кристаллогидратом в начальном периоде температура растёт быстрее ввиду того, что стакан после промывки немного охладился и получал теплоту из окружающей среды более активно.

---