Калориметр и методика калориметрических измерений

Измерение тепловых эффектов производится в калориметрах, которые по своей конструкции могут быть различны.

Простейший калориметр (рис. 3), применяемый в студен­ческом практикуме, состоит из батарейного стакана — изотер­мическая оболочка 1, в крышку которого вставлен химический стакан (емкостью 500 мл) – внутренний сосуд 2. В крышке внутреннего сосуда сделаны отверстия для термометра 3, мешалки 4, пробирки 5 (объемом 25 мл). Отверстие для пробирки реко­мендуется делать шире ее диаметра на 2—3 мм (так удобнее высыпать навеску исследуемого вещества). Чтобы пробирка не проваливалась и плотнее закрывала отверстие, на ее верхнюю часть необходимо надевать резиновую трубку высотой 1 – 1,5 см.

Температуру измеряют с помощью нормального термометра № 2 с интервалом измерений от —2° С до +52° С и ценой деле­ния 0,1°. При отсчете показаний термометра следует пользоваться лупой, глаз должен находиться на одной линии с уровнем ртути термометра. Отсчет показаний проводят с точностью до 0,02° С. Для более точного измерения температуры необходимо пользо­ваться термометром Бекмана, ртуть которого установлена на середине шкалы.

Перемешивание раствора производят ручной или механиче­ской, вращаемой с помощью электродвигателя, мешалкой. В пра­вильно собранном приборе мешалка при вращении не должна задевать частей калориметра. Поэтому перед включением меха­нической мешалки необходимо провернуть мешалку несколько раз рукой и убедиться в ее свободном вращении. Электродвига­тель включают при полностью введенном реостате, который по­степенно выводят и добиваются равномерного вращения мешал­ки. Слишком резкое выведение реостата может привести к порче установки.

Калориметрический опыт делят на три периода:

1. Предварительный период, продолжающийся 5 мин.

2. Главный период – время протекания изучаемого процесса, т. е. период, в течение которого будет растворяться соль.

3. Заключительный период, продолжающийся 5 мин.

После начала калориметрического опыта раствор равномерно и непрерывно перемешивается мешалкой, при этом скорость дви­жения ее должна быть одинакова во всех трех периодах.

Контрольные вопросы

1. Приведите формулировку первого начала термодинамики и напишите его математическое выражение. Укажите, какие величины, входящие в это уравнение, зависят от пути процесса.

2. Что изучает термохимия? Каково соотношение термодинамического и термохимического тепловых эффектов?

3. Каков физический смысл внутренней энергии и энтальпии системы? Можно ли определить абсолютное значение этих функций?

4. Каков физический смысл величин ΔU и ΔН?

5. Назовите факторы, влияющие на величину теплового эффекта.

6. Установите соотношение тепловых эффектов изохорного и изобарного процессов (Q_V и Qр) при стандартных условиях для реакции

4 (NО) + 6 {Н₂О} → 4 (NНз) + 5 (О₂).

При 150°С больше изобарный или изохорный тепловой эффект данного про­цесса? Аргументируйте ответ.

7. Отличаются ли тепловые эффекты изохорного и изобарного процессов для химических реакций, в которых участвуют только жидкие или твердые вещества?

8. Приведите формулировку закона Гесса, проиллюстрируйте закон конкретным примером.

9. Что понимают под стандартными теплотами образования и сгорания?

10. Каково соотношение теплоты сгорания углерода и теплоты образова­ния углекислого газа?

11. Приведите формулировку следствий закона Гесса по определению теп­ловых эффектов реакции через теплоты образования и сгорания. Пользуясь Справочником, рассчитайте тепловые эффекты изобарных процессов при стан­дартных условиях для реакции:

(С₂Н₂) + {Н₂О} → {СН₃СНО} + Q_р,

4 (NНз) + 5 (О₂) → 4 (NО) + 6 {Н₂О}+ Q_р.