14. Entalpia zobojętniania

Cel ćwiczenia

Zapoznanie się ze sposobem wyznaczania pojemności cieplnej kalory­metru oraz pomiaru entalpii rozpuszczania i zobojętniania.

Zasada pomiaru

Procesowi rozpuszczania krystalicznego NH4Cl lub KCl w wodzie towa­rzyszy pewien efekt cieplny (ΔH), którego miarą może być zmiana tem­peratury układu (ΔT) zachodząca w czasie tej przemiany. Znając wartość molowej entalpii rozpuszczania tych związków oraz przyjmując zamiast rze­czywistej pojemności cieplnej (C) średnią pojemność cieplną w granicach temperatur T1, T2, można z następującej zależności wyznaczyć średnią po­jemność cieplną kalorymetru:

ponieważ

więc

gdzie C - średnia pojemność cieplna kalorymetru, - molowa entalpia rozpuszczania NH4Cl lub KCl (kJ ∙ mol-1), ml - liczba gramów substancji rozpuszczonej, m1 - masa molowa substancji rozpuszczonej (g), ΔT1 ­zmiana temperatury zachodząca w procesie rozpuszczania.

Przekształcając równanie do postaci:

można z niego obliczyć entalpię rozpuszczania dowolnej substancji (o masie molowej M2), mierząc zmianę temperatury podczas rozpuszczania m2 gramów badanego związku w rozpuszczalniku (wodzie) o objętości takiej samej, jaka była stosowana. do wyznaczania średniej pojemności cieplnej kalorymetru (C).

Zmiana entalpii towarzysząca reakcji zobojętniania wodorotlenku sodu stężonym kwasem siarkowym (ΔHc- entalpia całkowita) jest sumą entalpii rozpuszczania kwasu siarkowego (ΔHr) i entalpii powstawania cząsteczek wody, czyli entalpii zobojętniania (ΔHz):

stąd

Ponieważ w reakcji tej tworzą się dwie cząsteczki wody, więc

Ostatecznie otrzymujemy:

)

gdzie m2 - liczba gramów kwasu siarkowego użytego do reakcji zobojęt­niania, M2 - masa molowa kwasu siarkowego (g), C - średnia pojemność cieplna kalorymetru - molowa entalpia rozpuszczania kwasu siar­kowego (kJ ∙ mol-1) wyznaczona przez rozpusz­czenie takiej samej ilości kwasu, jakiej użyto do reakcji zobojętniania, tj. m2.

Wykonanie ćwiczenia

              1. Wyznaczenie pojemności cieplnej kalorymetru (kalibrowanie kalorymetru)

                            a. Odważyć w naczyńku wagowym około 5 g NH4Cl lub KCl z dokładnością­ do 0,0001 g.

b. Do kalorymetru wlać 100 cm3 wody i mierzyć jej temperaturę w odstępach co 1 min w ciągu około 10 min (do czasu osiągnięcia niewielkich stałych zmian temperatury w kolejnych odczytach - okres wstępny).

                            c. Wsypać do kalorymetru odważoną ilość NH4Cl lub KCl i ciągle mieszając mierzyć temperaturę przez pierwsze 5 min co 0,5 min, a następnie co 1 min przez około 30 min (do momentu, gdy zmiany temperatury będą niewielkie i stałe - okres główny i końcowy).

d. Otrzymane wyniki zestawić w tabeli I.