Лабораторная работа №1 «Определение константы калориметра по известному тепловому эффекту процесса»

Экспериментальное определение тепловых эффектов проводят в специальных приборах – калориметрах, имеющих различные конструкции. Калориметры бывают изотермические и адиабатические. Устройство калориметра и сложность калориметрической установки зависят от вида химической реакции, тепловой эффект которой определяют, а также от желаемой точности получаемых результатов. В более простых случаях, когда исходные и конечные продукты реакции жидкие или растворы и объем системы изменяется мало, калориметр может быть построен из двух вставленных один в другой стаканов. В особенно сложных случаях, когда в процессе реакции из твердых веществ или жидкостей образуются газы, реагирующие вещества помещают в герметические калориметрические бомбы, способные выдерживать большие давления. Это позволяет вести реакции при постоянном объеме и получать Q_V=U, т.к. работа расширения при этом равна 0.

Простейший калориметр состоит из изотермической оболочки с крышкой, в которую помещают калориметрический стакан. В зависимости от целей работы стакан заполняют различной калориметрической жидкостью: водой, раствором щелочи и т. д. В жидкость опускают мешалку и термометр для измерения температуры в ходе калориметрического опыта. На крышке изотермической оболочки имеется отверстие для ввода в калориметр исследуемого вещества. Уравнение теплового баланса калориметрического опыта можно записать в виде:

,

где H – тепловой эффект процесса, протекающего в калориметре;

t - изменение температуры в опыте;

К - постоянная калориметра.

Постоянная калориметра равна количеству теплоты, необходимому для нагревания всех частей калориметра на 1⁰ С:

Если t = 1C, то К = Н

Величину постоянной калориметра приближенно можно рассчитать как сумму теплоемкостей всех частей калориметра, участвующих в теплообмене.

m_i – масса отдельных частей калориметра, участвующих в теплообмене;

c_i - их удельные теплоемкости.

Постоянную калориметра можно определить, если измерить в калориметрическом опыте изменение температуры t при растворении в заданном объеме растворителя соли массой m с известной интегральной теплотой растворения H_раств.

Тепловой эффект калориметрического опыта при растворении соли будет равен:

, где

m – масса соли, г

М – молярная масса соли, г/моль.

Постоянную калориметра рассчитывают по формуле:

ХОД ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

ВИД ДЕЙСТВИЯ	СПОСОБ ДЕЙСТВИЯ
1. Собрать калориметр	1. В стакан емкостью 0,5 л налить 400 мл дистиллированной воды. Закрыть калориметр крышкой, чтобы получилась закрытая калориметрическая система.
2. Провести «предварительный период» калориметрического опыта.	1. Медленно размешивая мешалкой воду, записывать в течение 5 мин показания термометра через каждые 30-60 с.
3. Провести «главный» и «заключительный периоды» калориметрического опыта, растворив навеску хлорида калия в воде.	1. На 5-й минуте, не отключая мешалку и секундомер, открыть пробку на крышке калориметра и быстро всыпать навеску хлорида калия массой 11,4 г. Продолжать записывать температуру через каждую минуту до тех пор пока вся соль не раствориться и температура раствора не станет почти постоянной. После этого продолжать запись показаний термометра еще в течение 5 минут.
4. Определить изменение температуры t калориметрического опыта. Рис. Кривая калориметрического опыта при экзотермическом процессе.	1. Данные наблюдения записать в таблицу. 2. На основании полученных данных построить на миллиметровой бумаге график (аналогичный, представленному на рисунке), отложив по оси абсцисс время (, мин) в масштабе 1 мин=0,5 –1 см, а по оси ординат – температуру (t, С). Выбор масштаба по оси ординат зависит от величины t. При t меньше одного градуса выбирают масштаб 10С = 10 см, а при t больше одного градуса – 10С = 5 -10 см. График, отражающий зависимость t0 C = f () должен иметь вид: 1 – начальный период 2 - главный период 3 – заключительный период отрезок EF = t.
5. Вычислить постоянную калориметра.	1. Вычисления провести по формуле: , где Табличные данные: HРАСТВ(KCl) = 14,7 кал/моль; M(KCl) = 74,5 г/моль

Приложение

Рекомендации к оформлению лабораторной работы

Оформление лабораторной работы должно осуществляться следующим образом:

1. Название.

2. Цель.

3. Основные теоретические положения, схема установки, расчетные уравнения.

4. Экспериментальная часть:

1) Последовательность выполнения работы.

2) Запись измерения температур во время опыта :

Время от начала опыта, мин.	Предварительный период			Главный период			Заключительный период
	0								2
t0C

1. Обработка экспериментального материала:

1) Построение графика,

2) Результаты вычислений.

2. Вывод.