Вычисление t. Типичный вид температурной кривой правильно поставленного калориметрического опыта при измерении экзотермического эффекта показан на рисунке 3. Величину t с учетом теплообмена можно рассчитать аналитическим или графическим способом. При графическом определении t на миллиметровой бумаге на оси абсцисс откладывают время в масштабе 1 мин 1 см, на оси ординат температуру, выбор масштаба которой зависит от величины t. При t1 110 см t1 1 5 см. После того как на график нанесены все экспериментальные точки, получается кривая ABCD. Участок АВ называется начальным периодом, ВС главным, CD конечным.
Чтобы определить изменение температуры t, не искаженное теплообменом, происходящим в течение главного периода, продолжают АВ и CD до пересечения с вертикальной прямой EF. Для этого точки m и n, соответствующие начальной и конечной температурам главного периода, наносят на ось ординат.
Через середину отрезка mn проводят линию КР. Пересечение этой линии с кривой ВС дает точку 1, определяющую положение прямой EF. Отрезок EF и будет равен t, отрезок mnt. Чем меньше температурный ход в начальном и конечном периодах, тем меньше потери теплоты за счет теплообмена и тем ближе t к t. Если температурный ход содержимого калориметра при работающей мешалке равен нулю, то это состояние соответствует tравн. Характер линии ВС зависит от условий протекания теплового процесса например, от размешивания, наклон линий АВ и CD зависит от характера теплообмена с окружающей средой.
Таким образом, по виду кривой ABCD можно судить о качестве проведенного опыта. Так как определение поправки на теплообмен с внешней средой всегда связано с некоторой неточностью, то надо выбирать условия, при которых значение q было мало по сравнению с величиной qp. Это достигается, если в ходе опыта отклонения системы от состояния теплового равновесия невелики, что характеризуется соотношением m tравн n. Указанное условие соблюдается, если температурный ход в начальном и конечном периодах имеет противоположный знак, а по абсолютной величине ход температуры в начальном периоде должен быть несколько больше, чем в конечном периоде.
Чем меньше t, тем меньше должен быть ход температуры в начальном и конечном периодах. Основной источник погрешности результатов калориметрических опытов. Работа производится на установке упрощенного типа, позволяющей при тщательном проведении калориметрических опытов и правильно выбранных условиях продолжительность опыта не должна превышать 5 мин получать результаты с погрешностью около 1. Главными факторами, определяющими точность результата, будут погрешности t, так как ошибки взвешивания не превышают сотых долей процента.
В калориметрической установке температуры измеряют при помощи термометра Бекмана, точность отсчета по которому составляет в данных условиях около 0,005, поэтому возможная погрешность в определении t составит 0,01. Относительная ошибка, вносимая в результат за счет неточности измерения температур, выражается отношением погрешности к tоп. Так, при указанной точности измерений по термометру Бекмана и t1 погрешность toп составляет 1, при t0,l она равна 10. Определение удельной интегральной теплоты растворения соли. В работе следует определить суммарную теплоемкость системы и удельную интегральную теплоту q растворения соли. Тепловой эффект, сопровождающий растворение твердого вещества в жидкости и отнесенный к 1 г растворяемого вещества, называют удельной теплотой растворения.
Тепловой эффект, отнесенный к 1 моль растворяемого вещества, называют молярной теплотой растворения.
Теплота растворения зависит от концентрации раствора. Различают интегральную теплоту растворения тепловой эффект, сопровождающий процесс растворения 1 моль молярная или 1 г удельная вещества в данном количестве вещества в бесконечно большом количестве раствора заданной концентрации.
Интегральные теплоты растворения определяют экспериментально, а диффиринциальные вычисляют по зависимости интегральных теплот растворения от концентрации раствора 2 Первый вариант. Суммарная теплоемкость системы с определяется электрическим методом. Последовательность выполнения работы. 1. Определение изменения температуры tраств при растворении исследуемого вещества и продолжительности главного периода. В стакан калориметра залить 200 мл воды. Отвесить на технических весах 2 г тщательно измельченного исследуемого вещества, перенести его во взвешенную на аналитических весах ампулу и вновь взвесить ее. Укрепить ампулу в крышке термостата, погрузив в воду. После одиннадцатого отсчета разбить пробойником ампулу, не прерывая записи температуры через каждые 30 секунд.
Температура воды при эндотермическом растворении сначала резко падает главный период, затем начинает равномерно расти, приближаясь к средней температуре системы. Отсчетом температуры, с которой начинается ее равномерное повышение, кончается главный период калориметрического опыта и начинается конечный период.
Определить графически изменение температуры tраств и продолжительность главного периода . 2. Определение суммарной теплоемкости с системы. Суммарная теплоемкость калориметрической системы зависит от условий проведения калориметрической системы зависит от условий проведения калориметрического опыта, поэтому ее следует определять при условиях, близких к условиям проведения калориметрического опыта, поэтому ее следует определять при растворении соли определение tраств.
Наиболее важно добиться одинаковой продолжительности главного периода и одинаковых абсолютных величин t в обоих опытах. Изменение температуры tэ содержимого калориметра зависит от силы тока при пропускании его через нагреватель. Чтобы установить силу тока, при tэ будет равно tраств, необходимо провести три опыта, пропуская в нагреватель, погруженный в раствор, ток силой I11 A, I22 A, I33 A в течение времени. Построить график tэfI и определить интерполяцией силу тока, при котором tэtраств.
Построить график tэfI отложить по оси ординат температуру 0,1о10мм, по оси абсцисс силу тока 1 А50мм и определить силу тока при tэtраств. Установить с помощью реостата силу тока, проходящего через нагреватель, записать соответствующее показание вольтметра Е. Вычислить С по уравнениям Ссm или, подставив в него найденные значения I, Е, Дtэ, Дф. Вычислить q по уравнению 2. Работа 3. Определение интегральной теплоты растворения соли при образовании концентрированного раствора В работе необходимо определить теплоту растворения соли с образованием раствора, концентрация которого близка к насыщению.
Если конечная концентрация раствора близка к насыщению, то скорость растворения настолько замедляется в конце процесса, что прямое определение теплоты 1растворения Q становится невозможным. Это подтверждается уравнением 3 где dCdt скорость растворения К константа скорости растворения Снас и Сх концентрация соли в насыщенном растворе и в момент времени. Скорость растворения в конце процесса настолько замедляется Снас Сх0, что прямое определение интегральной теплоты растворения Q становится невозможным.
Теплоту растворения в этом случае определяют косвенным путем. Теплоту образования концентрированного раствора определяют в две стадия. Каждая стадия протекает с достаточно большой скоростью. В первой стадии определяют теплоту растворения Q1 соли при образовании раствора концентрации m2 меньшей, чем m1, а во второй стадии теплоту разбавления концентрированного раствора Q2 концентрации m1 до концентрации m2. Тогда по закону Гесса QQ1-Q2 4 Величину Q1 вычисляют по зависимости интегральных теплот растворения от концентрации, используя справочные данные.
Значение Q2 определяют экспериментально и вычисляют по уравнению 5 где С суммарная теплоемкость системы tраств изменение температуры в процессе разбавления М молекулярная масса соли g - навеска соли, содержащейся в исходном объеме концентрированного раствора.