Лабораторна робота № 1. „Визначення теплоти розчинення і гідратації солі”
Мета роботи:
1.       Познайомитись з калориметричним методом вимірювання теплових ефектів.
2.       Визначити теплоти розчинення безводного купрум (II) сульфату і мідного купоросу.
3.       Визначити теплоту утворення кристалогідрату СuSО₄•5Н₂О з безводної солі.
На занятті необхідно:
1.       Виконати роботу у відповідності до вимог даної методичної розробки.
2.       Навчитись користуватись калориметром та визначати його теплоємність.
3.       Розрахувати теплоту розчинення солі та теплоту гідратації.
4.       Оформити звіт про виконану роботу і здати його викладачу.
Перелік обладнання та реактивів:
1.     Калориметр;
2.     термометр;
3.     технохімічні ваги;
4.     пробірки (3 шт.);
5.     секундомір;
6.     порцелянова ступка;
7.     KNO₃
8.     СuSО₄, СuSО₄•5Н₂О
Порядок виконання роботи:
Дослід 1. Визначення сталої калориметра
1.     Суху пробірку попередньо зважити на технохімічних терезах.
2.     Ретельно розтерти калій нітрат в порцеляновій ступці і засипати його у зважену пробірку приблизно на ¼ її висоти.
3.     Зважити на технохімічних терезах пробірку з сіллю (з точністю до 0,01г). За різницею зважувань знайти масу солі, що повинна знаходитись в межах 4 -7 г. Отримані дані занести в таблицю 1.
4.     У стакан калориметра налити 250 мл води, закрити калориметр кришкою і встановити в менший її отвір термометр, а в більший– пробірку з сіллю. (Для того щоб пробірка не провалювалась в калориметр на неї потрібно надіти гумове кільце!).
5.     Вимірювання провести в три етапи (періоди): попередній, головний і заключний.
6.     Ввімкнути калориметр в мережу змінного струму, потім ввімкнути тумблером мішалку, а через 1-2 хвилини– секундомір.
7.     Попередній етап: вимірювання температури провести з точністю до 0,5°С через кожні 30 сек. протягом 5 хв.
8.     Головний етап: не виключаючи секундоміра роз бити пробірку з сіллю так, щоб вся сіль висипалась у воду. Якщо температура змінюється дуже швидко, реєструвати її з меншою точністю.
9.     Заключний етап: іще провести вимірювання температури через кожні 30 сек. протягом 5 хв. до встановлення рівномірного ходу температури (теж з точністю до 0,5°С).
10.Дані всіх вимірювань занести в таблицю 2.
11.Для розрахунку точної зміни температури на міліметровому папері побудувати графік, відкладаючи по вісі абсцис час, а по вісі ординат– зміну температури (масштаб на абсцисі- 1хв: 1см, а на ординаті– 1°К: 5см). З’єднані точки дадуть дві нахилені прямі для попереднього та заключного періодів. Їх продовжити вправо та вліво відповідно і через середину головного періоду провести пряму, паралельну до вісі ординат, до перетину її з продовженнями попередніх прямих. Відстань між точками перетину відповідає зміні температури при розчиненні солі.
12.Визначивши з графіка Δt₁, розрахувати сталу калориметра (К):

де Q_роз- теплота розчинення солі ( -35,62 кДж/моль для KNO₃);
m - маса нітрату калію;
М - молярна маса KNO₃ (101,1 г/моль );
Δt₁- зміна температури при розчиненні солі.
Дослід 2. Визначення теплоти розчинення кристалогідрату (СuSО₄•5Н₂О)
1.     Аналогічно до попереднього досліду зважують близько 5-7 г подрібненого мідного купоросу та вміщують його в пробірку, дані зважування заносять до таблиці 1.
2.     Проводять вимірювання у відповідності до п.п. 6-10 попереднього досліду. Результати заносять в таблицю 2; будують графік, за яким визначають зміну температури при розчиненні солі (Δt₂)
3.     Визначають теплоту розчинення (Q₁) солі за формулою:
,
де n - кількість речовини СuSО₄•5Н₂О.
Дослід 3. Визначення теплоти розчинення безводної солі (СuSО₄)
1.     Беруть наважку безводного сульфату міді масою 4-5г і проводять дослід аналогічно до попереднього. Дані заносять в таблицю 2. Будують відповідний графік і знаходять зміну температури при розчиненні безводної солі (Δt₃).
2.     Визначають теплоту розчинення (Q₂) солі за формулою:

,
де n - кількість речовини СuSО₄.
3.     Визначають теплоту утворення кристалогідрату (Q₃) з безводної солі:
Q₃ = Q₂ – Q₁
4.     Розрахувати відносну похибку експерименту, якщо інтегральна теплота розчинення безводної солі +39,04кДж/моль, а кристалогідрату - рівна -11,72кДж/моль.
5.     Результати всіх дослідів занести в таблиці 1 та 2.
6.   Зробити відповідні висновки.
Результати роботи:
Дослід 1. Визначення сталої калориметра
1.  Розрахунок маси наважки солі KNO₃:
Таблиця 1.1

Пробірка з сіллю, г	22,33
Пуста пробірка, г	17,50
Сіль, г	4,83

2.   Температурні показники для розчину солі KNO₃:
Таблиця 1.2

Температура	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
до розчинення	24,10	24,10	24,10	24,10	24,10	24,10	24,10	24,10	24,10	24,10
після розчинення	22,25	22,25	22,25	22,25	22,26	22,26	22,26	22,28	22,28	22,29

3.     Розрахунок сталої калориметра:


Дослід 2. Визначення теплоти розчинення кристалогідрату (СuSО₄•5Н₂О)
1.                Розрахунок маси наважки солі СuSО₄•5Н₂О:
Таблиця 2.1

Пробірка з сіллю, г	23,50
Пуста пробірка, г	17,50
Сіль, г	6,00

2.     Температурні показники для розчину солі СuSО₄•5Н₂О:
Таблиця 2.2

Температура	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
до розчинення	23,90	23,90	23,90	23,90	23,90	23,90	23,90	23,90	23,90	23,90
після розчинення	23,73	23,70	23,70	23,70	23,70	23,70	23,70	23,70	23,70	23,70

3.          Розрахунок теплоти гідратації солі СuSО₄•5Н₂О:
;

Дослід 3. Визначення теплоти розчинення безводної солі (СuSО₄)
1.                Розрахунок маси наважки солі СuSО₄:

Таблиця 3.1

Пробірка з сіллю, г	22,00
Пуста пробірка, г	17,50
Сіль, г	4,50

2.     Температурні показники для розчину солі СuSО₄:
Таблиця 3.2

Температура	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
до розчинення	23,98	23,98	23,98	23,98	23,98	23,98	23,98	23,98	23,98	23,98
після розчинення	24,68	24,70	24,70	24,70	24,70	24,70	24,65	24,65	24,65	24,65

3.     Розрахунок теплоти гідратації солі СuSО₄:
;

4.     Визначення теплоти утворення кристалогідрату з безводної солі:

5.   Розрахунок відносної похибки досліду:





Висновок:
В процесі виконання роботи ми познайомились з калориметричним методом вимірювання теплових ефектів, визначили теплоти розчинення безводного купрум (II) сульфату і мідного купоросу, визначили теплоту утворення кристалогідрату СuSО₄•5Н₂О з безводної солі.