Главная / Материалы и элементы электронной техники / Отчет к лабораторной работе по физической химии

Отчет к лабораторной работе по физической химии

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕКСТОВОГО РЕДАКТОРА МS WORD И РЕДАКТОРА ЭЛЕКТРОННЫХ ТАБЛИЦ MS EXCEL

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЯРНОЙ ЭНТАЛЬПИИ РАСТВОРЕНИЯ СОЛИ

Эксперимент по определению энтальпии растворения соли состоит из двух частей: измерения скачка сопротивления термистора, сопровождающее растворение навески соли, и определения условного теплового значения калориметрической ячейки. Постоянно наблюдаемой в ходе всего опыта переменной является сопротивление термистора. Эту величину измеряют с помощью моста постоянного тока МО-62. Одно его плечо – термистор, находящийся внутри калориметрической ячейки, три других смонтированы в виде прибора МО-62. Соотношение сопротивлений двух плеч зафиксировано и задает соотношение между сопротивлением термистора и переменным сопротивлением, выставляемым с помощью курбелей (ручек) на панели прибора, при балансе моста, который контролируется положением стрелки гальванометра около нуля шкалы. Для повышения точности, с которой фиксируется баланс моста, используется как внутренний гальванометр прибора МО-62, смонтированный на его панели, так и наружный гальванометр, показания которого более точны. Через каждые две минуты в течение всей длительности эксперимента следует измерять сопротивление термистора с помощью следующих действий. Тумблер выбора индикаторного гальванометра установить в положение «ГВ» (гальванометр внутренний) и, заглубив кнопку «точно», манипулировать курбелями панели прибора МО-62, добиваясь нулевого положения стрелки внутреннего гальванометра. Далее задать положение «ГН» (гальванометр наружный) и, последовательно задавая все более точные диапазоны наружного гальванометра (двигаясь из положения «арретир» вплоть до положения «x1»), смонтированного на лабораторном столе рядом с мостом сопротивлений, на каждом диапазоне точности гальванометра добиться нулевого положения светового зайчика этого прибора с помощью курбелей моста МО-62. После установления нулевого положения зайчика на диапазоне «x1» записать значение выставленного на панели моста МО-62 переменного сопротивления. Если далее будет следовать главный период какой-нибудь из целевых процессов (растворения соли или калибровки), необходимо перевести переключатель диапазонов точности наружного гальванометра в положение «арретир», а переключатель выбора гальванометра перевести в положение «ГВ». Если же продолжится наблюдение за ходом сопротивления при стационарном теплообмене (предварительный или заключительный периоды), то каждое следующее измерение можно производить, не отжимая кнопку «точно», с использованием наружного гальванометра в диапазоне «x1».

Для проведения нагрева калориметрической ячейки нужно на панели управления калибровки установить нужный номер прибора с помощью тумблера П2 выбора установки. Измерение параметров тока при калибровке иллюстрирует рис.1. Питание нагревателя производится от источника постоянного тока Б5-50. До осуществления калибровки источник пропускает постоянный ток через «балластное» сопротивление, номинал которого приблизительно равен сопротивлению спирали нагревателя. Это позволяет стабилизировать параметры тока в условиях, близких к условиям калибровки. Запуск нагрева спирали осуществляется переведением тумблера «П3» для первой установки или «П4» — для второй, смонтированных на панели управления калибровкой из положения «1» в положение «2». Последовательно с нагревателем включена катушка сопротивления с точно известным номиналом 10 Ом. Подключая цифровой вольтметр В7-28 к разъемам катушки (тумблер «П1» в положение «1»), измеряют падение напряжения на ней и оценивают силу тока, протекающего через нагреватель. Далее тот же вольтметр подключают к нагревателю (тумблер «П1» в положение «2») и определяют падение напряжения на нем. Время пропускания тока регистрируется по секундомеру.

измерение Δu,v,измерение i,катушка,положение 1,положение 2,нагреватель
тумблер «п1» на панели
управления калибровкой

Рис.1. Управление цифровым вольтметром для определения электрических параметров калибровки.

Порядок выполнения работы.

В один из двух сосудов Дьюара, смонтированных в гнездах термостата, залить дистил. воду: для 1–ой установки –400 мл, для 2-ой – 500 мл. Воду предварительно необходимо довести до температуры 25,3 оС с помощью магнитной мешалки с подогревом. Сосуд Дьюара закрыть пробковым уплотнением, на котором смонтированы мешалка, термистор, нагреватель и воронка. Вилку электропитания мешалки с соответствующим номером установки включить в сеть.

2. Через 30 минут начать регулярные (раз в 2 минуты) измерения термистора, соблюдая описанную выше последовательность действий. Эти наблюдения, составляющие предварительный период опыта по растворению соли, продолжать до тех пор, пока в 7-10 последовательных измерениях не будет зафиксирован линейный ход зависимости R(τ).

В перерывах между измерениями сопротивления приготовить навеску выданной лаборантом соли, следуя его рекомендации относительно ее массы. После достижения линейного хода сопротивления внести через воронку приготовленную навеску соли внутрь калориметрической ячейки. Соль следует медленно высыпать в воронку, проталкивая ее проволочкой. Растворение навески (главный период опыта по растворению соли) занимает около 5 минут, в течение которых ход сопротивление-время резко отклонится от линейного. Соли подобраны так, что эффекты растворения носят эндотермический характер. Поэтому сопротивление термистора будет расти, т. к. сопротивление и температура – антибатные величины. По истечении 5 минут необходимо вновь приступить к измерению сопротивления через каждые две минуты. После повторного установления линейной зависимости R(τ), удостоверенного 7-10 наблюдениями (заключительный период опыта по растворению соли), можно приступить к калибровке (определению условного теплового значения калориметра). Зафиксированная в п.5 прямая R(τ) заключительного периода по растворению соли является одновременно и предварительным этапом калибровочного опыта. Поэтому можно сразу приступить к пропусканию постоянного электрического тока через нагреватель, находящийся внутри калориметрической ячейки.

Внимание: калибровать обе установки одновременно нельзя.

С помощью тумблера «П1» подключить цифровой вольтметр к нагревателю (положение2) и зафиксировать падение напряжения ΔU на нем. Переключив тот же тумблер в положение «1»,подключить вольтметр к катушке сопротивления 10 Ом, последовательно с нагревателем включенную в цепь калибровки, и, измерив падение напряжения на ней, определить силу тока, текущего через нагреватель: I=ΔU res/ 10 Ом. Тепловая мощность нагревателя такова, что главный период калибровки составит около 5 минут. Через 2 минуты после начала пропускания тока начните измерение сопротивления термистора, вновь производя их каждые 2 минуты. Через 5-6 минут после начала пропускание тока через нагреватель нужно прекратить. Для этого тумблер «П3» или «П4» (в зависимости от номера установки) панели управления калибровкой перевести в положение «1», одновременно остановив секундомер (его показания в сек. Составят величину τ Калибр.). После завершения нагрева калориметра следует продолжить измерения сопротивления термистора и дождаться установления вновь линейного хода R (τ) (заключительный период калибровки). Экстраполяцией прямых хода сопротивления предварительного и заключительного периодов калибровки на середину ее главного периода можно определить величину Δ R Калибр. Желательно, чтобы величина ΔR Калибр. Приблизительно по своему абсолютному значению равнялась ΔR (по знаку они противоположны). Рассчитать теплоту растворения соли Q и молярную энтальпию растворения соли ΔH.

Результаты эксперимента.

Время, мин.

Сопротивление, Ом

0

138,83

2

138,84

4

138,85

6

138,86

8

138,87

10

138,88

14

141,08

16

141,06

18

141,04

20

141,02

22

141,00

30

138,75

32

138,74

34

138,73

36

138,72

38

138,71

Навеска соли = 2,43040г

Навеска воды = 500 г

М соли = 101,1 г

М воды = 18 г

ΔU = 17.89 В

I = 0.189 А

τ = 270 сек.

n cоли = 0,024

ΔR=2,23 Ом

ΔRкалибр=2,24 Ом

Рис.2. Изменение сопротивления регистрирующего термистора в ходе растворения соли и калибровки (пояснения в тексте)

Расчет молярной энтальпии растворения соли.

,

Где I — сила тока, пропускаемого через нагреватель, А;

ΔU – падение напряжения на разъемах нагревателя, V;

τ – время нагревания, сек.

Энтальпия растворения соли рассчитывается по формуле:

ΔН Раств. = Q / n, где n – количество молей растворенной соли.