لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*
فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)
تعداد صفحه30
آزمایش 1 اندازه‌گیری آنتالپی خنثی شدن اسیدها و بازها
اعضای گروه: جواد سلیمانی ـ حبیب مهرشاد مورخ: 14/ 7 / 84
تئوری:
واحد گرما، کالری است و طبق تعریف 1، کالری مقدار حرارتی است که باید بوسیله یک گرم آب جذب شود تا درجه حرارت آن 1 درجه سانتیگراد بالا رود (گرمای ویژه آب 1Calg-1oC-1=). هر ماده در مقابل گرمای جذب شده ظرفیت حرارتی متفاوت از خود نشان می‌دهد و طبق تعریف، مقدار گرمای لازم برای گرم کردن یک گرم از هر ماده به اندازه یک درجه سانتیگراد ظرفیت حرارتی ویژه آن ماده نامیده می‌شود و ظرفیت حرارتی هر سیستم، مقدار گرمایی است که جذب می‌کند تا دمای آن 1 درجه سانتیگراد بالا رود.
C=q/ΔT (1)
C ظرفیت حرارتی، q مقدار گرمای جذب شده بر حسب کالری و ΔT تغییرات دما می‌باشد.
اگر به یک سیستم مقدار گرما (q) داده شود، مقداری از گرما صرف بالا بردن دمای سیستم (افزایش انرژی داخلی سیستم، Δu) و بقیه صرف انجام کار (W) می‌شود. بنابراین:
q= Δu+W
اگر فرآیندی در حجم ثابت صورت گیرد، کاری انجام نمی‌شود:
W=Pex ΔV
Δv=0
W=0
در نتیجه در حجم ثابت:
Δuqv (2)
که qv همان گرمای ذوب شده، ولی در حجم ثابت برای گاز و یا برای سیستم‌های کندانسه که تغییرحجمی ثابت ندارد، می‌باشد. رابطه (1) را به صورت زیر می‌توان بیان نمود:
(3)
که Cv ظرفیت حرارتی در حجم ثابت و برابر با تغییرات انرژی داخلی به تغییرات درجه حرارت در حجم ثابت می‌باشد.
اگر فرآیندی در فشار ثابت صورت گیرد:
W+PΔV
ΔU=q-PΔV
در فشار ثابت:
H=U+PV → ΔH= ΔU + Δ(PV) = ΔU + PΔV+VΔP
Δh= ΔU+PΔV
ΔH=q-PΔV+PΔV → ΔH=qp (4)
qp گرمای جذب شده در فشار ثابت و ΔH تغییرات آنتالپی سیستم نامیده می‌شود. با قرار دادن مقدار گرما در فشار ثابت، رابطه (1) نتیجه می‌شود:
(5)
که Cp ظرفیت حرارتی در فشار ثابت بوده و برابر با تغییرات آنتالپی نسبت به تغییرات دما در فشار ثابت می‌باشد.
آزمایش نشان می‌دهد که در موقع خنثی شدن محلول رقیق اسید قوی با محلول رقیق قلیایی قوی مقدار حرارت حاصل برای هر مول آب تقریباً ثابت است و ربطی به نوع اسید ندارد.
HCL + NaOH → NaCl + H2O, ΔH=-13.68Kcal
HCL + LiOH → LiCl + H2O, ΔH=-13.7Kcal
HNO3 + KOH → KNO3 + H2O, ΔH=-13.87Kcal
علت ثابت بودن حرارت خنثی شدن، این است که اسیدها و بازهای قو ی و نمک‌های آنها در محلول رقیق به صورت کاملاً یونیزه بوده و عمل خنثی شدن در حقیقت عبارت است از ترکیب یافتن یون هیدورژن با یون هیدروکسیل (OH-) و تولید یک مولکول آب. پس باید در عمل خنثی شدن ΔH حاصل برای یک مول آب ثابت باشد. معمولاً در 20 درجه سانتیگراد، مقدار آن را برابر 7/13- کیلوکالری می‌گیرند و می‌توان نوشت:
H+ + OH- → H2O ΔH = -13.7 Kcal
و این عبارت است از آنتالپی تشکیل یک مول آب از یون‌های OH-, H+، اما در خنثی شدن اسید ضعیف با باز قوی یا باز ضعیف یا اسید قوی و یا اسید ضعیف یا باز ضعیف، حرارت حاصل از مقدار فوق کمتر است. همانطوری که از مثال‌های زیر پیداست:
ΔH: خنثی شدن قلیا اسید
-13.3Kcal سود سوزآور اسیداستیک
-12Kcal آمونیاک اسیداستیک
-3.8Kcal سود سوزآور اسید سولفیدریک
-1.3Kcal آمونیاک اسید سیانیدریک
در این مثال‌ها، خنثی شدن تنها ترکیب یافتن H+ با یون OH نیست، بلکه باید قبلاً اسید یا قلیای ضعیف به صورت دیسوسیه شده درآید تا یون OH-, H+ حاصل شود. حرارت اندازه گرفته شده، عبارت است از مجموع حرارت یونیزاسیون اسید یا قلیای ضعیف و حرارت خنثی شدن. مثلاً در خنثی شدن اسید سیانیدریک با سود سوزآور واکنش کلی عبارت است از:
HCN + NaOH → NaCN + H2O
ΔH=2.9KCal
که در حقیقت مجموع دو واکنش زیر است:
HCN → H+ + CN-
ΔH=x
H+ + NaOH → Na+ + H2O
ΔH=-13.7KCal
پس مطابق قانون هس (جمع‌پذیری آنتالپی تحولات) آنتالپی یونیزاسیون HCN برابر است با:
x – 13.7 = -2.9Kcal x = 10.8KCal
یعنی برای اینکه یک مول اسیدسیانیدریک به یون‌های متشکله دیسوسیه شود، 8/10 کیلوکالری حرارت لازم است (از یونیزاسیون مختصر HCN در محلول آبی رقیق صرف‌نظر می‌شود).
روش کار:
ابتدا یک لیتر محلول سود 2/0 نرمال و 250 میلی‌لیتر اسیدکلریدریک 8/0 نرمال و 250 میلی‌لیتر اسیداستیک 8/0 نرمال تهیه نمایید. نرمالیته هر یک را توسط سود استاندارد 1/0 نرمال در مجاورت فنل فتالئین بدست آورید.
درجه حرارت هر یک از محلول‌ها را توسط یک دماسنج معمولی 100-0 درجه سانتیگراد تعیین کنید. چنانچه دمای آنها بیشتر از دمای آزمایشگاه باشد، آنها را زیر شیر آب سرد قرار دهید تا به دمای آزمایشگاه برسند.
همچنین دمای محلول‌ها باید یکسان باشند. چنانچه دمای محلول‌ها برابر دمای آزمایشگاه و دمای یکدیگر نباشد، خطای بسیار زیادی در گرمای خنثی شدن پیش خواهد آمد (چرا؟).
کالریمتر مورد استفاده شامل یک کالریمتر و یک دماسنج معمولی می‌باشد. بمب کالریمتر را خش و تمیز نمایید. دقیقاً معادل 400 میلی‌لیتر سود 2/0 نرمال را توسط یک استوانه مدرج به داخل بمب منتقل نمایید. دماسنج را وارد بمب نموده و دما را یادداشت کنید. دقیقاً معادل100 میلی‌لیتر اسید کلریدریک 8/0 نرمال را توسط یک استوانه مدرج به داخل بمب کالریمتر اضافه کنید. مشاهده خواهید کرد که به محض مخلوط شدن اسید و باز، واکنش خنثی شدن و ایجاد گرما شروع می‌شود و دماسنج بالا رفتن درجه حرارت سیستم را نشان می‌دهد. افزایش دما در ابتدا بسیار سریع و به تدریج آهسته و بالاخره متوقف می‌شود و بعداً شروع به پایین آمدن می‌‌نماید (چرا؟).
آزمایش فوق را عیناً برای اسید استیک و سود تهیه شده تکرار نمایید. دقت کنید که وسایل مورد استفاده در قسمت دوم حتماً همان‌هایی باشد که در قسمت اول آزمایش بکار گرفته شده است.
محاسبات:
تغییرات درجه حرارت بر حسب درجه سانتیگراد را در دو قسمت آزمایش تعیین کنید. با توجه به رابطه (1)، برای قسمت اول آزمایش، ظرفیت حرارتی کالریمتر (ارزش آبی کالریمتر) محاسبه نمایید.
توجه داشته باشید که گرمای خنثی شدن هنگامی برابر با 13700 کالری است که باز و اسید بکار رفته در هر یک برابر با یک مول باشد، در غیر اینصورت مسلماً مقدار گرمای ایجاد شده متفاوت با آن است.
در مرحله دوم آزمایش، ظرفیت حرارتی کالریمتر در قسمت اول مشخص شده است. این بار با استفاده از رابطه (1) گرمای خنثی شدن را بدست آورده و سپس آن را برای خنثی شدن یک مول اسیداستیک و سود محاسبه کنید. حرارت حاصل را با مقدار 13700 کالری مقایسه و آن را تفسیر کنید.
گزارش کار آزمایشگاه شیمی فیزیک ـ تجزیه
