Определение теплоты растворения соли

Цель работы: определить теплоту растворения соли с использованием термометра Бекмана.

Теоретическое обоснование.

Процесс растворения, как правило, сопровождается различными тепловыми эффектами, зависящими от многих факторов: температуры, давления, природы растворителя и растворяемого вещества, концентрации образующегося раствора и т.д.

Рассмотрим процесс растворения твердой соли в жидком растворителе. Данный процесс можно условно разделить на две стадии:

1. разрушение кристаллической решетки соли

2. образование нестойких соединений частиц растворенного вещества с молекулами растворителя – сольватация.

Обе стадии сопровождаются определенным тепловым эффектом, причем, как правило, разрушение кристаллической решетки является эндотермическим процессом, а сольватация – экзотермическим. Общий тепловой эффект растворения соли будет складываться из тепловых эффектов вышеупомянутых стадий и может быть как положительной, так и отрицательной величиной, в зависимости от их соотношения.

Для количественной характеристики процесса растворения используют понятие теплоты растворения – количество теплоты, соответствующее растворению 1 моль вещества в достаточно большом количестве растворителя при постоянном давлении и температуре. Количество растворителя при этом должно быть таким, чтобы дальнейшее добавление вещества к раствору не вызывало изменения энтальпии системы.

Обозначается Q _раств, измеряется Дж/моль

Определение теплоты растворения проводят с использованием термометра Бекмана, который позволяет проводить измерение температур с точностью до 0,002 °C. Особенностью этого прибора является большая длина шкалы (около 5 см на 1 °C) и наличие запасного резервуара со ртутью, позволяющего изменять количество ртути в рабочей части термометра.

Соединительный капилляр

Шарик ртути

Основная шкала

Запасной резервуар

 

 

Рисунок 1. Термометр Бекмана

Шкала термометра разделена на 5 °C. Каждый градус делится на десятые доли, а каждая десятая доля – на сотые. По термометру отмечают не абсолютную температуру, а ее изменение в ходе какого- либо процесса. Предварительно необходимо провести настройку термометра, то есть установку уровня ртути в определенном интервале температур. Если процесс будет проходить с поглощением тепла, то уровень ртути в термометре устанавливают в интервале от 3 °C до 5 °C, если с выделением тепла – в интервале от 0 °C до 2 °C при начальной температуре процесса.

С помощью термометра Бекмана можно определить перепад температур в процессе растворения соли, который вызван одномоментным выделением или поглощением теплоты, и произвести расчет теплоты растворения.

 

Порядок выполнения работы.

1. Собирают прибор для определения теплоты растворения соли (рисунок 2).

 

 

 

Рисунок 2. Схема прибора для определения теплоты растворения соли.

 

Для этого в наружный стакан помещают на пробковых подставках внутренний стакан меньшего размера. Предварительно необходимо взвесить внутренний стакан вместе со стеклянной палочкой на техно-аналитических весах с точностью до 1 грамма. Вес стакана записать.

2. Взвешивают около 5 граммов соли на аналитических весах (образец соли выдается преподавателем), точный вес соли записывают.

3. Рассчитывают количество воды, необходимое для растворения соли из расчёта на 1 моль соли – 200 моль воды.

Пример расчета:

Для анализа студенту выдана соль хлорид натрия, точный вес – 5,01234 г.

Молярная масса хлорида натрия: 58,45 г/моль

Масса воды, необходимая для растворения соли:

200·18·m_соли 200·18·5,01234

m_в =----------------------=------------------------=308,72 (г) Объем воды 309 мл.

Мсоли 58,45

4. Во внутренний стакан с палочкой наливают рассчитанное количество воды и помещают термометр Бекмана, таким образом, чтобы ртуть термометра помещалась в воду полностью.

Измеряют температуру воды (без соли) в течении 10 минут через каждую минуту (промежуток времени в 1 минуту отмеряют по песочным часам).

На 11-й минуте высыпают соль, тщательно перемешивают. Когда вся соль растворяется, записывают первую температуру (после высыпания соли) и продолжают записывать температуру в течении 10 минут, проверяя значения по термометру.

Полученные данные сводят в таблицу.

Таблица результатов:

 

Масса соли, mсоли,

Масса стакана, ·mстакана

Масса воды,, mводы

До растворения соли

Время, τ, мин

Температура, t,°C

После растворения соли

Время, τ, мин

Температура, t,°C

 

5. По результатам исследования на миллиметровой бумаге строят график зависимости температуры раствора от времени.

По данному графику находят скачок температуры раствора в момент растворения соли. Приблизительный график зависимости t = f(τ) представлен на рисунке 3.

 

T, ° С

		t1 – значение температуры на 10 минуте измерений (до растворения соли)   t2 –наименьшая температура после растворения соли
	t1   t2

 

τ,мин

 

Рисунок 3. График зависимости температуры раствора от времени

 

6. Теплоту растворения данной навески соли в Дж рассчитывают по формуле:

 

g = (m_соли + m_воды)·С·(t₂ –t₁) + m_{стакана} ·α· (t2 –t1),

где

С – теплоемкость раствора, приблизительно принимается 4,190 Дж/г·°C

α - теплоемкость стекла, равна 0,7961 Дж/г·°C

t₁– значение температуры на 10 минуте измерений (до растворения соли),

t₂ – наименьшая температура после растворения соли,

g - теплота растворения навески соли (массой m_соли)

 

Затем рассчитывают теплоту растворения Q на 1 моль соли в Дж/моль:

g·M_соли

Q = -------------------------

m_соли

Содержание отчета о работе

Отчет о работе должен содержать:

1. Тему работы
2. Цель работы
3. Краткие теоретические сведения(определение теплоты растворения соли, ее основные составляющие)
4. Индивидуальное задание (название соли – выдается преподавателем)
5. Таблицу результатов с полученными данными
6. График зависимости t = f(τ), построенный на миллиметровой бумаге
7. Расчет теплоты растворения заданной соли.

 

 

Контрольные вопросы

1. Дайте определение теплоты растворения соли.
2. Перечислите основные составляющие теплового эффекта процесса растворения.
3. Опишите устройство термометра Бекмана.
4. Какие показатели и с какой точностью можно определить при измерениях с помощью термометра Бекмана?

 

 

Лабораторная работа № 4