О.В. Архангельская, Н.Л. Зверева - Методическое пособие по курсу общей и неорганической химии (1097032), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Пополученным данным надо построить на миллиметровой бумаге график вкоординатах время (τ) — температура (t).При работе с компьютером запись температурных данных и построениеграфика осуществляется автоматически.Цель работыПолучить практические навыки экспериментальной работы с простейшимкалориметрическим прибором. Экспериментально определить теплотунейтрализации сильной кислоты сильным основанием.РеактивыДистиллированная вода, 0,4М HCl, 6М KOH.ОборудованиеКалориметрическая установка, мерные колбы на 100 и 50 мл, мерныйцилиндр на 20 мл.Порядок выполнения эксперимента.Определение теплоты нейтрализации сильной кислоты сильнымоснованием проводится в калориметрической установке, которая была описанавыше.
На рис. 3 представлены кнопки управления прибора «Эксперт – 001»:24ДисплейРис. 3 Кнопки управления прибора «ЭКСПЕРТ – 001».Прежде чем начать проводить измерения температуры калориметрическойсистемы необходимо знать, как должен выглядеть график. Успех выполненияданной практической работы зависит, прежде всего, от умелого построенияграфика. Примерный график зависимости температуры от времени для реакциинейтрализации представлен на рис. 4. Рис 4.
Изменения температуры для реакции нейтрализации.График должен состоять из пяти участков: АВ, ВС, CD, DE и EF.25Итак, начинаем работу:Подготовка прибора к работе:1. С помощью мерных колб на 50 и 100 мл налейте в калориметрический стакан150 мл 0,4М. раствора соляной кислоты. Оставшиеся в колбах следысоляной кислоты смойте в калориметр небольшим количествомдистиллированной воды.2. В мерный цилиндр налейте 12 мл 6 М раствора КОН.3. Нажмите и удерживайте в течение 2 с кнопку «ВКЛ» на приборе«ЭКСПЕРТ-001» (Рис.
3). При этом на приборе должна загоретьсялампочка и начать светиться жидкокристаллический дисплей.4. Опустите в калориметрический стакан сердечник магнитной мешалки,включите блок питания установки и, с помощью ручки регулировкивращения магнитной мешалки, добейтесь оптимальной скорости еевращения.5. Кнопками «←» или «→» выберите режим «ТЕРМОМЕТР».6. Выберите время работы электрического нагревателя (с), необходимое дляопределения теплового значения калориметра. Для этого нажмите кнопку«Ф2» и далее кнопку «ЧИСЛ». Цифровыми кнопками наберите времяработы нагревателя.
Рекомендуемое время 200 с. После установкивремени работы нагревателя два раза нажмите кнопку «ВВОД».Непосредственное выполнение эксперимента.Прежде чем начать измерения, начертите в тетради таблицу, в которую выбудете записывать результаты измерений температуры:τ, cекt0Сt0Сτ, cек26τ, cекt0СРассчитайте сами, насколько большой должна быть ваша таблица, т. е.сколько примерно точек должно быть на вашем графике.Начните выполнение опыта, нажав кнопку «ИЗМ».
На дисплее появятсяданные работы секундомера, работающего в режиме прямого отсчета времени изначения температуры в калориметрическом стакане. Если установкаподключена к компьютеру — одновременно нажмите команду «СТАРТ» в менюпрограммы измерения данных на компьютере.Далее записываем экспериментальные данные (помним, что график состоитиз пяти участков):1. Участок АВ – определение температурного хода калориметрическойсистемы. В течение нескольких минут измеряем температуру установки(участок АВ).
Если измерения показывают, что в течение 5 минтемпература практически не меняется, переходим к следующему участку.2. Участок ВС – изменение температуры калориметрической системыза счет химической реакции.Влейте через воронку в калориметрический стакан 12 мл 6М раствораКОН.
За счет реакции нейтрализации будет происходить быстроеизменение температуры, поэтому фиксируйте значения температуры черезвозможно малые промежутки времени (каждые 1–5 с).3. Участок CD – остывание системы после окончания химическойреакции. После того, как реакция закончится, изменение температурызамедлится и температурный ход снова станет равномерным (участокСD), продолжайте измерения температуры через каждые 30 с в течениееще 5 – 10 мин.4. Участок DE – изменение температуры калориметрической системы засчет работы электрического нагревателя.Нажмите клавишу «ВВОД».
На дисплее появится время, установленное вначале эксперимента для нагрева калориметрической установки.Секундомер начнет работать в режиме обратного отсчета времени.Записывайте данные измерений температуры в рабочий журнал черезкаждые 30 с.5. Участок EF – остывание системы после окончания нагреваэлектрическим нагревателем.После окончания нагрева рост температуры замедлится, а затемтемпература начнет медленно падать.
Фиксируйте изменение27температуры через каждые 30 с еще в течение 5 – 10 мин. После этогонажмите клавишу «ОТКЛ» (выполните команду «Стоп» на компьютере).Изображение графикаРезультаты температурных измерений представьте в виде графика. На осиабсцисс нанесите время в минутах, а на оси ординат ― показания температурыв ОС.При построении графика необходимо выполнить следующие условия:1. Точки лучше рисовать в виде небольшого кружочка, чтобы они былихорошо видны.2. Масштаб по осям х (время τ мин.) и y (toC) следует выбирать так, чтобыграфик занял все поле миллиметровой бумаги.3. Через точки, соответствующие каждому из пяти участков проводятПРЯМЫЕ линии, которые максимально приближены к соответствующимточкам. В местах пересечения прямых график скругляется.4.
Из точек, имеющих практически одинаковые координаты в выбранноммасштабе, на график наносят только одну.При работе установки с компьютерным управлением значениятемпературы, в зависимости от времени в течение всего эксперимента, будутфиксироваться автоматически. В результате на мониторе компьютера появитсяграфик, соответствующий изменению температуры системы в течение всегоэксперимента. Распечатайте полученный график на принтере.Обработка графика.1. Наличие небольшого наклона на графике температурной зависимости научастках СD, EF и, возможно, на участке АВ свидетельствует о том, что вовремя опыта имеет место теплообмен калориметра с окружающей средой. Врасчетах теплообмен учитывается следующим образом.
ПрямаяABэкстраполируется вправо, а прямая CD влево. Точки В и С – расхождениеэкстраполяционных прямых с графиком. Интервал времени от B до C делитсяпополам и через эту точку проводится перпендикуляр к оси абсцисс допересечения его с экстраполированными участками прямых АВ и СД (точки H,G). Величина отрезка HG соответствует изменению температурыкалориметрической системы ΔT1, связанному непосредственно с реакцией.2.
АналогичноопределяетсяΔT2–изменениетемпературы28калориметрической системы за счет нагрева ее электрическим нагревателем.Расчет теплового эффекта реакции нейтрализации.Тепловой эффект химической реакции может быть рассчитан по формуле(1)q = K·ΔT1где К − тепловое значение калориметра − количество теплоты, котороенеобходимо для нагревания калориметра с его содержимым на 1 градус. Оноопределяется экспериментально, вслед за выполнением основной работы. Дляэтого, с помощью электрического нагревателя, включенного на заданное времяΔτ, калориметрической системе сообщается точно известное количество теплотыqэл и определяется соответствующее ему изменение температуры ΔT2 (участокKJ награфике).
Количество тепловой энергии qэл, сообщенноекалориметрической системе при нагреве, вычисляется по формуле Джоуля:qэл = (U2·Δτ)/R(2)где U − напряжение постоянного тока, подаваемого на нагреватель, R −сопротивление нагревателя, Ом; Δτ − время нагрева калориметра, с.Тепловое значение калориметра:(3)K = qэл/ΔT2Подставив значение K в формулу (1), получаем тепловой эффект реакции.Измеренный тепловой эффект следует отнести к 1 моль вещества, для чегонеобходимо разделить его на число молей (ν) того из веществ участниковреакции, которое находится в недостатке, тогда:Q'экспер.
=q 'эл. ⋅ ΔT1ΔT2 ⋅ν(4)Расчет относительной ошибки эксперимента.Расчет относительной ошибки эксперимента (εотн.) осуществляется поформуле:εотн.=Q'экспер. − Q'теорет.Q'теорет.(5)где Q'теорет . – тепловой эффект реакции нейтрализации сильной кислоты сильнымоснованием: H+ + OH– = H2Oж, который рассчитывается исходя из табличныхданных стандартных энтальпий образования участвующих в реакции веществ.29ИТАК, в тетради до выполнения эксперимента должно быть:1. Название работы.2. Цель работы.3.
Оборудование.4. Реактивы.5. Схема графика, который у вас должен получиться после выполненияэксперимента.6. Пункты подготовки прибора к работе.7. Таблица, для внесения в нее экспериментальных данных.8. Запись всех необходимых формул для расчетов с указанием названий иразмерности каждой из величин формулы.9.
Запись уравнения реакции, которая протекает в калориметре, и расчеттеоретического значения ее теплового эффекта.10. Запись формулы для расчета относительной ошибки эксперимента.При проведении лабораторной работы необходимо сделать следующее:1. Непосредственное выполнение эксперимента.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
