ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Р.Е. АЛЕКССЕВА» ОТЧЕТ по лабораторной работе по дисциплине «Физическая химия» Тема: «Определение энтальпии гидратообразования соли» Студент: Капустин М. В. Группа: 23-ПСМ Преподаватель: Плохов С. В. Нижний Новгород 2024 Ход выполнения работы Во внутренний стакан калориметра была налита дистиллированная вода массой 200 г, стакан был помещен в бокс калориметра. В калориметр была опущена мешалка и термометр; калориметр был закрыт, отверстие для воронки заткнуто пробкой. Вода термостатировалась в течение 11 мин., при этом каждую минуту фиксировались показания термометра. Далее в воду была засыпана навеска кристаллогидрата хлорида бария, после чего температура ежеминутно фиксировалась в течение 12 мин. Затем были проведен опыт с безводным хлоридом бария по такому же принципу. Наблюдения Во время термостатирования в обоих экспериментах наблюдалось незначительное (в пределах погрешности измерения) изменение температуры воды. Однако при растворении кристаллогидрата наблюдалось понижение температуры воды, в то время как при растворении безводной соли – повышение. Вычислительная часть Графически (см. чертежи) было определено, что изменение температуры в первом опыте Δt′ = −0,5 K, а во втором Δt′′ = 0,335 K. Однако необходимо учесть, что увеличение температуры в калориметре происходит за счёт выделения теплоты (и, соответственно уменьшения энтальпии) в ходе реакции; аналогично, при понижении температуры в калориметре происходит увеличение энтальпии. В связи с этим в расчетную формулы следует подставлять значения теплоты, выделенной (или поглощенной) в ходе реакции, которая совпадает по абсолютному значению с изменением температуры в калориметре, но противоположна ей по знаку. Рассчитаем необходимые навески солей: 𝑚𝐴∙𝑛𝐻2 𝑂 = 𝐺 × 𝑀𝐴∙𝑛𝐻2 𝑂 , 18𝑛1 где G – масса воды (г), n1 – минимальное количество воды молей воды, требующееся для растворения одного моля соответствующего вещества. 𝑚𝐵𝑎𝐶𝑙2 ∙2𝐻2 𝑂 = 𝑚𝐵𝑎𝐶𝑙2 = 200 г × (137 + 35 × 2 + 2 × 18)г/моль = 6,75 (г) 18 × 400 моль 200 г × (137 + 35 × 2)г/моль = 5,75 (г) 18 × 400 моль Интегральные удельные энтальпии растворения кристаллогидрата и безводной соли соответственно: 𝛥раств. 𝐻уд.𝐴∙𝑛𝐻2 𝑂 = − 𝛥раств. 𝐻уд.𝐴 = − (𝑚′𝑐𝑝1 + 𝑚2 𝑐𝑝2 )𝛥𝑡′ ; 𝑚𝐴∙𝑛𝐻2 𝑂 (𝑚′′𝑐𝑝1 + 𝑚2 𝑐𝑝2 )𝛥𝑡′′ , 𝑚𝐴 где: m′ и m′′ – соответственно масса раствора в первом и во втором опытах, г; m2 – масса внутреннего стакана калориметра с мешалкой, г; cp1 – удельная изобарная теплоемкость раствора, принятая равной удельной изобарной теплоемкости растворителя, Дж/г∙К; cp1 – удельная изобарная теплоемкость материала внутреннего стакана и мешалки, Дж/г∙К. 𝑚′ = 𝑚растворителя + 𝑚вещества = 200 г + 6,75 г = 206,75 (г) 𝑚′′ = 𝑚растворителя + 𝑚вещества = 200 г + 5,75 г = 205,75 (г) 𝑚2 = 126,53 (г) 𝑐𝑝1 = 𝑐𝑝 𝐻2 𝑂 = 4,184 ( Дж ∙ К) г Дж 𝑐𝑝2 = 𝑐𝑝 стекл. = 0,84 ( ∙ К) г 𝛥раств. 𝐻уд. 𝐵𝑎𝐶𝑙2 ∙2𝐻2 𝑂 Дж Дж (206,75 г × 4,184 г ∙ К + 126,63 г × г 0,84 г ∙ К) × (0,5 К) =− 6,75 г Дж = −71,956 ( ) г Дж Дж (205,75 г × 4,184 г ∙ К + 126,63 г × 0,84 г ∙ К) × (−0,335) К 𝛥раств. 𝐻уд. 𝐵𝑎𝐶𝑙2 = − 5,75 г Дж = 56,352 ( ) г Интегральные мольные энтальпии растворения кристаллогидрата и безводной соли соответственно: 𝛥раст. 𝐻𝑚 𝐴∙𝑛𝐻2 𝑂 = 𝛥раст. 𝐻уд. 𝐴∙𝑛𝐻2 𝑂 ∙ 𝑀𝐴∙𝑛𝐻2 𝑂 𝛥раст. 𝐻𝑚 = 𝛥раст. 𝐻уд. 𝐴 ∙ 𝑀𝐴 𝑀𝐵𝑎𝐶𝑙2 ∙2𝐻2 𝑂 = 243 𝑀𝐵𝑎𝐶𝑙2 = 207 г моль г моль 𝛥раст. 𝐻𝐵𝑎𝐶𝑙2 ∙2𝐻2 𝑂 = 71,956 𝛥раст. 𝐻𝐵𝑎𝐶𝑙2 = −56,352 ( Дж г кДж × 243 = −17,485 ( ) г моль моль Дж г кДж = 11,665 ( ) ) × 207 г моль моль По закону Гесса вычислим мольную энтальпию гидратообразования кристаллогидрата: 𝛥𝐻𝑓 𝐴∙𝑛𝐻2 𝑂 = 𝛥раст. 𝐻𝑚 𝐴 − 𝛥раст. 𝐻𝑚 𝐴∙𝐻2 𝑂 𝛥𝐻𝑓 𝐵𝑎𝐶𝑙2 ∙2𝐻2 𝑂 = 11,665 кДж кДж кДж + 17,485 = 29,15 ( ) моль моль моль Значения интегральных теплот растворения солей, взятые из справочных материалов: кДж 𝛥раст. 𝐻𝑚 𝐵𝑎𝐶𝑙2 = 11,18 ( ) моль 𝛥раст. 𝐻𝑚 𝐵𝑎𝐶𝑙2 ∙2𝐻2 𝑂 = −18,74 ( кДж ) моль Исходя из этих значений, вычислим мольную энтальпию гидратообразования кристаллогидрата: 𝛥𝐻𝑓 𝐵𝑎𝐶𝑙2 ∙2𝐻2 𝑂 справ. = 11,18 кДж кДж кДж + 18,74 = 29,92 ( ) моль моль моль Вычисление погрешностей 𝛿𝐴 = |𝐴измер. − 𝐴истин. | × 100[%] |𝐴истин. | Относительная погрешность определения энтальпии в опыте с кристаллогидратом: 𝛿𝐴 = кДж кДж + 18,74 | моль моль × 100[%] = 6,7% кДж |−18,74 | моль |−17,485 Относительная погрешность определения энтальпии в опыте с безводной солью: 𝛿𝐴 = |11,665 кДж кДж − 11,18 | моль моль × 100[%] = 4,3% кДж |11,18 | моль Относительная погрешность определения мольной энтальпии гидратообразования кристаллогидрата: 𝛿𝐴 = |29,15 кДж кДж − 29,92 | моль моль × 100[%] = 2,6% кДж |29,92 | моль Выводы В результате растворения кристаллогидрата произошло выделение тепла, что привело к уменьшению мольной энтальпии (−17,485 кДж/моль). В результате растворения безводной соли произошло поглощение тепла, приведшее к увеличению мольной энтальпии (+11,665 кДж/моль). С применением закона Гесса была вычислена мольная энтальпия гидратообразования: 29,92 кДж/моль. Относительные погрешности измерений оказались довольно низкими: 6,7%; 4,3%; 2,6%. Расхождение справочных значений и значений, полученных нами, объясняется, в первую очередь, тем, что значения из справочных материалах были получены при температуре воды tвод.= 25°C, в то время как в наших экспериментах она была равна 21,2°C (растворение кристаллогидрата) и 21,6°C (растворение безводной соли). Меньший вклад могли внести систематические и несистематические погрешности измерения, а также округления, производимые в ходе расчетов.