Калориметрическим методом




 

Экспериментальное определение тепловых эффектов процессов проводят в калориметрах. Простейший калориметр состоит из сосуда Дьюара и изолирующей системы (рис. 1).

Рис. 1.1. Схема калориметра

1 – металлический стакан или сосуд Дьюара;

2 – воздушная оболочка; 3 – подставка;

4 – крышка; 5 – мешалка; 6 – термометр Бекмана; 7 – ампула с испытуемым веществом.

В калориметрах определяют вызванное данным процессом изменение температуры (ΔT) и по этой величине находят тепловые эффекты ΔН растворения определенных навесок соли.

Δh= КΔТ

К – постоянная калориметра – количество тепла, необходимое для нагревания калориметра на один градус (кДж·К–1).

Постоянная калориметра представляет собой сумму произведений теплоемкостей тех частей прибора и раствора, которые участвуют в теплообмене, на их массу

К=Σ mici,

где mi – массы отдельных частей прибора и жидкости; ci – удельные теплоемкости отдельных частей прибора и жидкости.

Постоянную калориметра находят опытным путем по известной теплоте растворения какой-либо соли:

, (1.13)

где q – навеска соли, интегральная теплота растворения которой известна, г; Δhm – интегральная теплота растворения этой соли, кДж/молъ (по справочнику); М – молярная масса соли, г/моль; ΔT – изменение температуры, К;

Интегральная теплота растворения исследуемой соли определяется по формуле (14)

(1.14)

где ΔНi – тепловой эффект растворения исследуемой соли, кДж;

Mi – молярная масса исследуемой соли, г/моль.

Изменение температуры в калориметре определяют с помощью термометра Бекмана.

Необходимые реактивы и оборудование:

Калориметр, термометр Бекмана, мешалка, секундомер, весы, разновесы, фарфоровая ступка, цилиндр на 500 мл, хлорид калия, нитрат калия, нитрат аммония, хлорид аммония, гидрокарбонат натрия.

Последовательность выполнения работы:

I. Определение константы калориметра по известной теплоте

Растворения соли

1) Тщательно растирают в фарфоровой ступке 3-4 г хлорида или нитрата калия (или нитрата аммония).

2) Взвешивают с точностью до 0,01 г 2 г хлорида калия (нитрата калия).

3) Вливают в сосуд Дьюара калориметра 100 мл дистиллированной воды, отмеряя её цилиндром. Температура воды должна быть комнатной.

4) Опускают в воду калориметра термометр Бекмана.

5) Проверяют настройку термометра Бекмана. Столбик ртути должен установиться в середине шкалы.

6) Перемешивают мешалкой воду, записывают показания термометра через 1 минуту в течение 5 минут (предварительный период).

7) Всыпают навеску соли в сосуд Дьюара и, продолжая перемешивать раствор, делают замеры температуры через 20 секунд до тех пор, пока соль не растворится (главный период). При растворении соли температура падает, а затем начинает медленно расти.

8) Делают ещё 5 замеров температуры через 1 минуту после начала её подъёма (заключительный период).

9) По полученным данным строят график в координатах температура-время и определяют графически истинное изменение температуры (ΔТ) в калориметре. Вид кривой и методика определения истинного изменения температуры в калориметре показаны на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Графический метод определения ΔТ.

Точную величину изменения температуры в опыте определяют графически. Па миллиметровую бумагу наносят наблюдаемые в опыте значения температуры в координатах температура – время. В хорошо проведённом опыте изменения температуры до начала реакции и после её окончания изображаются прямыми линиями. Наклон этих прямых относительно оси абсцисс бывает различным в зависимости от разности температур между калориметром и окружающей его средой.

Отрезок АВ показывает изменение температуры в предварительном периоде, ВС – в главном периоде, СД – в заключительном периоде.

Для определения ΔT прямые АВ и СД экстраполируют. Время главного периода EF делят пополам и из полученной точки К восстанавливают перпендикуляр до пересечения с обеими экстраполированными прямыми. Отрезок перпендикуляра между этими прямыми MN, выраженный в градусах, даёт истинное изменение температуры (ΔT).

При графическом определении ΔT на миллиметровой бумаге на оси абсцисс откладывают время в масштабе 1 мин = 0,5 см, на оси ординат – температуру, выбор масштаба которой зависит от величины Т. При ΔT < 1 градуса, 1 градус = 10 см, а при ΔT > 1 градуса, 1 градус = 5 см.

10) Вычисляют постоянную калориметра, пользуясь уравнением (1.13).

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-26 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: