Порядок выполнения работы. Для расчета теплового эффекта процесса, протекающего в калориметре, необходимо знать постоянную калориметра К – количество теплоты

1. Определение постоянной калориметра.

Для расчета теплового эффекта процесса, протекающего в калориметре, необходимо знать постоянную калориметра К – количество теплоты, требующееся для нагревания калориметрической установки на 1⁰. Очевидно, что постоянная К представляет собой теплоемкость калориметра
(К = D Q / D t), измеряется в Дж/моль.

Постоянную К обычно определяют непосредственным измерением количества теплоты, требующегося для изменения температуры калориметра на D t °. В данной работе величина К определяется по величине энтальпии растворения нитрата калия (хорошо растворимой соли), величина энтальпии растворения которого равна: D H _{m раств} (KNO₃) = 34 770 Дж/моль. Постоянная (К) калориметра (К =D Н _раст/D t) связана с энтальпией растворения одного моля вещества (D H _{m раств}), с навеской g и молярной масса соли (кг/моль) выражением:

D H _{m раств} = (К D t ⁰M) / g, (14)

где M- молярная масса соли, кг/моль; g - навеска соли, кг; (g / M) – число молей растворенного вещества.

Экспериментальное определение постоянной калориметра проводят следующим образом. В фарфоровой ступке тщательно растирают 7-8 г нитрата калия. Затем соль помещают в бюкс и взвешивают вместе с воронкой с точностью до 0.01 г. В сосуд Дьюара наливают 500 мл дистиллированной воды при комнатной температуре и собирают установку в соответствии с рис. 4.

Вследствие теплообмена калориметра с окружающей средой может наблюдаться как повышение, так и понижение температуры калориметрической жидкости. Кроме того, работающая мешалка незначительно нагревает калориметрическую жидкость. Чтобы учесть эти «посторонние» эффекты и правильно определить истинное изменение температуры, вызванное лишь растворением соли, используют графический метод.

Калориметрический процесс делят на три периода: 1) предварительный (8 мин); 2) главный, соответствующий растворению соли; 3) заключительный (8 мин).

Для достижения теплового равновесия калориметра с окружающей средой на 5 мин включите тумблер "магнитная мешалка" (тумблер "нагрев" не включать!). По истечении этого времени начинайте отсчет температуры по термометру. Для увеличения разрешающей способности глаза воспользуйтесь лупой.

В течение предварительного периода (8 мин) наблюдайте за изменением температуры воды, которое может происходить лишь за счет работы магнитной мешалки и теплообмена между калориметром и окружающей средой. Температуру фиксируйте через каждую минуту. На 9-й минуте (начало главного периода), не измеряя температуры, высыпите соль из бюкса через воронку и продолжайте измерение температуры через 0.5мин, не выключая секундомера. Если температура изменяется очень быстро, отсчет можно выполнить с меньшей точностью. Главный период длится, как правило, не более 3 мин, если магнитная мешалка работает нормально.

Началом заключительного периода принято считать установление равномерного хода изменения температуры. В этом периоде температуру отмечайте так же, как и в предварительном, в течение 8 мин. Результаты измерений занесите в табл.

По окончании опыта извлеките из сосуда Дьюара цилиндрический стержень, вылейте раствор и ополосните сосуд дистиллированной водой. Взвесьте воронку и бюкс и по разности масс до и после высыпания соли найдите ее точную навеску.

По полученным данным постройте график (рис. 5) на миллиметровой бумаге, откладывая по оси абсцисс время t(1 см по оси абцисс соответствует 2 мин), а по оси ординат - температуру t ⁰ (10 см соответствуют
D t = 1⁰).

Рис. 5. Определение изменения температуры (D t ⁰) в ходе калориметрического опыта

После нанесения на график всех опытных данных, полученных при протекании эндотермического процесса, получается кривая типа АВDЕ, где АВ - предварительный период, ВD - главный, DЕ - заключительный. Прямые АВ и DЕ экстраполируйте, время периода ВD разделите пополам (точка С). Из точки С восстановите перпендикуляр до пересечения его с экстраполированными линиями (АВF и КDЕ). Отрезок между точками К и F, выраженный в градусах, покажет истинное изменение температуры D t ⁰, вызываемое процессом, с учетом теплообмена с окружающей средой. Рассчитайте постоянную калориметра К.

Наличие температурного хода в предварительном и заключительном периодах свидетельствует о том, что во время опыта происходит теплообмен калориметра с окружающей средой.

2. Определение интегральной теплоты растворения соли.

Аналогично предыдущему опыту проведите определение D t ⁰ при растворении навески исследуемой соли. Расcчитайте D H _{m раств} по формуле (14), используя значение К, полученное в первом опыте. Результаты измерений занесите в табл.

3. Обработка результатов измерений.

Таблица