3.2. Общие положения

3.2.1. Измерение тепловых эффектов. Для измерения тепловых эффектов используют калориметры. Теплоту, выделяемую или поглощаемую в калориметре, вычисляют по формуле

(3.15)

где c₁, c₂ – удельные теплоемкости веществ, Дж/г·К; m₁, m₂ – массы веществ, г; k – постоянная калориметра, Дж/К; T₂ ,T₁ – конечная и начальная температуры.

На рис. 3.2 представлен калориметр для измерения теплового эффекта. Прослойка воздуха между реакционным сосудом и термо-статом служит изоляцией от окружающей атмосферы.

3.2.2. Измерение температуры. Измерение температуры в про-цессе химической реакции осуществляется с помощью термометров. Относительное изменение температуры с точностью до 0,001 градуса можно определить с помощью термометра Бекмана. Подготовку термометра к измерению осуществляет лаборант. При измерении теплового эффекта экзотермических реакций, например, реакции нейтрализации, где температура в реакционном сосуде повышается, уровень ртути в термометре Бекмана должен находиться в нижней части шкалы, а для эндотермических реакций (при изучении теплоты растворения солей NaCl, KBr, KI) – в верхней части шкалы.

В некоторых опытах для измерения температуры используется обычный термометр с точностью до 0,1 градуса.

3.3. Экспериментальная часть

3.3.1. Методика выполнения экспериментов по измерению теплового эффекта реакции нейтрализации соляной кислоты

Выполнение опыта осуществляется с использованием электронного термометра и калориметра (рис.3.2).

I

II

1

2

3

4

5

3”

1”

4”

2”

5”

6”

Рис. 3.2. Схема электронного термометра:

I. Стеклянный сосуд – калориметр для измерения теплового эффекта:

1 – мешалка; 2 – электронный термометр; 3 – боковой патрубок; 4 – широкая пробирка – реакционный сосуд; 5 – стеклянный сосуд с большим диаметром, закрытый плексигласовой крышкой.

II. Прибор с электронным термометром:

1”– термодатчик; 2”– контроллер; 3” – гнездо для подключения термодатчика; 4”– жидкокристаллическое табло (ЖК); 5”– кнопка включения (0 – выключено, 1 – включено); 6”– гнездо для подключения сетевого шнура (220 В)

Штекер модуля термодатчика (1) подключается к контроллеру (2) в гнездо (3). Сетевой шнур включается в гнездо (6) и подклю-чается к розетке. Прибор готов к работе.

В реакционный сосуд калориметра заливается 50 мл раствора щелочи (концентрацию указывает преподаватель), после этого термодатчик помещают в реакционный сосуд калориметра и кнопкой (5) включают прибор, переводя её в положение (1), при этом на ЖК дисплее появляется индикация, в первой строке высвечивается время – секунды, во второй температура – градусы Цельсия.

На первом этапе проводят измерения через каждые 30 с, всего 1-16 измерений в течение 6-8 минут.

Второй этап. По истечении этого времени в калориметр, через боковой отвод с помощью воронки заливается раствор соляной кислоты НСl (объем и концентрацию указывает преподаватель согласно варианту из табл.3.1). После введения соляной кислоты в калориметр и перемешивания, в течение 2-3 мин., через каждые 10 с записывают показания температуры на ЖК табло. Всего производят 12–18 измерений.

Т а б л и ц а 3.1

Вариант	Щелочь (NaOH)		Кислота (HCl)
	Объем	с, моль/л	Объем	с, моль/л
1	50	0,04	10	0,2
2	50	0,04	9	0,2
3	50	0,04	8	0,2
4	50	0,04	7	0,2

Третий этап. Запись температуры начинают производить снова через 30 с в течение 6-8 мин (12-16 измерений).

В конце работы необходимо выключить прибор кнопкой (5), переводя её в положение «0». Индикация на ЖК дисплее пропадает примерно через 3-4 с.

После этого разбирают калориметр: промывают реакционный сосуд и термодатчик.

Для расчета теплоты реакции нейтрализации постоянную калориметра берут:

- при работе с термометром Бекмана k = 50 Дж/К;

- при работе с электронным термометром k = 25 Дж/К.

Для точного определения разности температур в результате химического превращения строят на миллиметровой бумаге график зависимости температуры от времени. На оси абсцисс откладывают время, на оси ординат – температуру (рис. 3.3).

Рис. 3.3. График зависимости температуры от времени

Из графика находят изменение температуры t. Для этого точки В и С проектируют на ось ординат, находят середину отрезка mn и проводят линию kp. Через точку l проводят вертикаль. Экстраполируют линейные участки АС и BD (пунктирные линии на рисунке) до пересечения с вертикалью в точках Е и F. Отрезок EF соответствует изменению температуры в калориметрическом опыте t с учетом поправки на теплообмен.

3.3.2. Расчет теплового эффекта реакции нейтрализации. У преподавателя узнайте постоянную калориметра – k. Для расчета Q_нейтр. по формуле (3.16), считается, что с_NaCl = 4,103 Дж/г·К, = = 4,185 Дж/г·К.

Q_нейтр. = ( · + с_NaCl·m_HCl + k)ΔT. (3.16)