אנתלפיה של תגובה

מושגיםהכנת מדריךפרוטוקול סטודנט
0 צפיות03:37 דק'
Print Procedure Steps
Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מקור: סמאא קורים באוניברסיטת ג'ונס הופקינס, MD, ארה"ב

  1. איסוף נתונים לחישוב קיבולת החום של מחלקת קלורימטר<לחצנים="expand">הרחב

    ניסוי זה ישתמש בקלורימטר בלחץ קבוע העשוי משתי כוסות פוליסטירן מוערמות, מכסה קרטון וגשושית המודדת את הטמפרטורה של תמיסה בזמן אמת. פוליסטירן הוא מבודד טוב, כך שאתה יכול להניח כי לא מוחלף חום בין החלק הפנימי והחיצוני של הכוסות. הקלורימטר עצמו יספוג מעט חום, אותו תקחו בחשבון על ידי חישוב קיבולת החום שלו.

    בחלק הראשון של הניסוי הזה תוסיפו מים חמים למים קרים בקלורימטר ותמדדו את עליית הטמפרטורה. לאחר הניסוי תחשבו כמה חום איבדו המים החמים לקלורימטר, ולא למים הקרים.

    • לבשו מעיל מעבדה, משקפי בטיחות או משקפי מגן עמידים בפני התזות וכפפות חד פעמיות. ודאו שמכסה האדים נקי ומוכן לשימוש ושכלי הזכוכית שלכם נקיים ולא ניזוקו.
    • כדי להתחיל במעבדה, ערמו שתי כוסות פוליסטירן ליצירת כלי הקלורימטר המבודד. הכניסו חטיף ערבוב מגנטי לקלורימטר.
    • מדדו את המסה המשולבת של הכוסות הריקות ושל מוט הערבוב על איזון אפס של העמסה עליונה. רשום זאת במחברת המעבדה שלך כמסת הקלוריות הריקה וחזור למכסה האדים שלך.

      טבלה 1: כיול קלורימטר

      מסה קלוריות ריקות (גרם)
      קלורימטר מסה + מים קרים (גרם)
      מים קרים המוניים (גרם)
      T ראשוני קר (ºC)
      T חם ראשוני (ºC)
      קלורימטר מסה + תערובת מים קרים וחמים (גרם)
      מים חמים המוניים (גרם)
      T סופי (ºC)
      ΔTחם (K)
      ΔTקר (K)
      קיבולת חום ספציפית של מים (J/g·K)4.184
      קיבולת חום של קלורימטר (J/K)
      לחץ כאן להורדת טבלה 1
    • למדוד 50 מ"ל של מי ברז קרים ולשפוך אותם לתוך הקלורימטר. מדוד את המסה המשולבת, רשום אותה במחשב המעבדה שלך והחזיר את הקלורימטר לתחנת העבודה שלך.
    • חשב את מסת המים הקרים, או mקרים, על ידי הפחתת מסת הקלורימטר הריק ממסת הקלורימטר עם מים קרים בתוכו.
    • מדדו 50 מ"ל מים שעברו דה-יוניזציה ושפכו אותם לתוך של 150 מ"ל. מניחים את הכד על פלטה חמה מתחת למהדק מדחום ומקבעים מדחום דיגיטלי במים.
    • מניחים את הקלורימטר במרכז צלחת ערבוב קטנה מתחת למהדק מדחום אחר ומכסים אותו במכסה קרטון עם חור במרכז.
    • הפעל את התקן הקלטת הנתונים והגדר אותו להקלטת הטמפרטורה לאורך זמן. הגדר את קצב הקלטת הנתונים לשתי קריאות בשנייה ואת משך ההקלטה ל- 600 שניות.
    • הכנס את בדיקת הטמפרטורה דרך החור במכסה הקלורימטר ומהדק אותה למקומה. הבדיקה צריכה תמיד להיות קבועה גבוה מספיק כדי שתוכל להרים את המכסה.
    • הפעל את מנוע הערבוב, והגבר את מהירות הסיבוב עד שמוט הערבוב מערבב בהתמדה את הקלורימטר.
    • ברגע שהטמפרטורה המוצגת במכשיר איסוף הנתונים מתייצבת לפלוס או מינוס 0.1 °C, רשום אותה במחשב המעבדה שלך כראשיתיבות קרים T.
    • לאחר מכן, הפעל את הפלטה החמה ועקוב אחר טמפרטורת המים באמצעות המדחום הדיגיטלי. בזמן שאתם מחכים, הביאו כמה מגבות נייר למכסה המנוע שלכם.
    • ברגע שהמים מגיעים ל-60°C, כבו את הפלטה החשמלית. הסר את בדיקת הטמפרטורה מהמים הקרים, נגב אותה והחזק אותה או הידק אותה במים החמים. ודא שהגשושית אינה נוגעת בתחתית הכד כאשר קריאת הטמפרטורה מתייצבת.
    • רשום את הטמפרטורה במחשב המעבדה שלךכ-T hot-initial. לאחר מכן, הסר את הבדיקה מהמים החמים, נגב אותה והחזיר אותה לקלורימטר.
    • לאחר שקריאת הטמפרטורה התייצבה, התחל באיסוף נתונים והמתן עד שהמכשיר יקליט כמה שניות של נתונים.
    • לאחר מכן, שפכו בזהירות את המים החמים לתוך הקלורימטר. עקוב אחר קריאת הטמפרטורה כאשר המים החמים והקרים מתערבבים.
    • ברגע שהטמפרטורה מגיעה למקסימום, כלומר הטמפרטורה כבר לא עולה, המשך לאסוף נתונים במשך 5 - 6 דקות כדי להבטיח שאתה רושם טמפרטורת שיווי משקל.
    • לאחר מכן, הפסק את איסוף הנתונים ותן שם לנתונים 'כיול'. הסר את הבדיקה ואת המכסה מן הקלורימטר ולהניח אותם בצד.
    • למדוד את המסה של הקלורימטר המלא במים על יתרת ההעמסה העליונה.
    • הקלט את המסה במחשב המעבדה שלך והחזיר את הקלורימטר למכסה האדים.
    • חשב את מסת המים החמים, או mחמים, על ידי הפחתת מסת הקלורימטר המכיל מים קרים ממסת הקלורימטר המכיל מים חמים וקרים מעורבים.
    • הסירו את מוט הערבוב המגנטי מהקלורימטר ושפכו את המים לכיור.
    • יבשו היטב את הקלורימטר ואת חטיף הערבוב והחזירו את חטיף הערבוב לקלורימטר לפני שתמשיכו.
  2. Mg(s) + 2 HCl(aq) → MgCl2(aq) + H2(g)

    זוהי התגובה הראשונה שתבצע בקלורימטר. כאן, מתכת מגנזיום מחומצנת למגנזיום 2+ ו- H+ מופחתת לגז מימן. אתה תמשיך לעבוד במכסה מנוע בגלל הסכנות הקשורות למגיבים ולתוצרים של תגובה זו. סרט מתכת מגנזיום מגיב למים ודליק. חומצה הידרוכלורית היא קורוזיבי ורעיל, וגם גז מימן דליק.

    • צור הפעלה חדשה של איסוף נתונים עם אותן הגדרות כמו קודם.
    • תייגו של 600 מ"ל עבור פסולת מגנזיום מימית, שיש להשליך בנפרד בסוף המעבדה.
    • השג את סרט המגנזיום, המסופק ברצועות חתוכות מראש של 0.45 עד 0.55 גרם. הניחו פיסת סרט אחת בסירת שקילה והחזירו אותה למכסה המנוע.
    • לאחר מכן, השתמשו במגבת נייר ובנייר אמרי כדי ללטש את סרט המגנזיום, וחשפו חומר מבריק וכסוף. הליטוש מסיר את השכבה החיצונית של תחמוצת מגנזיום שנוצרת כאשר מתכת מגנזיום נחשפת לאוויר.
    • חתכו את סרט המגנזיום המלוטש לחתיכות באורך 0.5 עד 1 ס"מ בסירת השקילה.
    • השתמשו באיזון אנליטי ובסירת שקילה שנייה כדי למדוד את המסה המדויקת של המגנזיום שלכם. רשום את המסה במחברת המעבדה שלך. לאחר מכן, השליכו את סירת השקילה הנוספת והחזירו את חתיכות המגנזיום למכסה האדים.

      טבלה 2: תגובה ראשונה מ"ג + 2 HCl

      מסהמ"ג (גרם)
      נפחHCL נוסף (מ"ל)
      T ראשוני (°C)
      T סופי (°C)
      ΔTמ"ג + HCl (K)
      צפיפותהידרוכלוריד (גר'/מ"ל)1.039
      מסההידרוכלוריד (גרם)
      פתרון המוני (g)
      קיבולת חום סגולית של 2 M HCl (J/g·K)3.98
      ΔUMg + 2H+ ≈ ΔHMg + 2H+ (kJ)
      הגבלת מגיב (mol)
      תשואה תיאורטית (mol)
      ΔHMg + 2H+ (kJ/mol)
      לחץ כאן להורדת טבלה 2
    • עכשיו, הביאו של 150 מ"ל וכוס שעון למכסה האדים לניפוק HCl, ומזגו בזהירות כ-110 מ"ל של 2.0 M HCl לתוך הכד. כסו את הכוס והחזירו אותה למכסה המנוע.
    • השתמש בגליל מדורג של 50 מ"ל כדי להוסיף 100 מ"ל של 2 M HCl לקלורימטר היבש. רשום את הנפח הכולל של HCl שנוסף ונטרל כל טיפות של חומצה שנשפכה.
    • לאחר מכן, הניחו את הקלורימטר על צלחת הערבוב, כסו את הקלורימטר והדקו את בדיקת הטמפרטורה למקומה.
    • הגדר את מנוע הערבוב למהירות בינונית-גבוהה והתחל להקליט נתוני טמפרטורה. המתן לאיסוף של 30 שניות של נתונים כדי לקבל טמפרטורה התחלתית מדויקת.
    • לאחר מכן, הרימו את מכסה הקרטון והוסיפו את חתיכות המגנזיום לקלורימטר בבת אחת.
    • התאימו את מהירות הערבוב כך שהחתיכות יתערבבו במהירות. הערה: חשוב לערבב היטב את התערובת כדי להמיס כמה שיותר מגנזיום בחומצה.
    • כעת, סגור את הקלורימטר ועקוב אחר קריאת הנתונים ככל שהטמפרטורה עולה. ברגע שהטמפרטורה מגיעה למקסימום, אפשר לאיסוף הנתונים להימשך עוד חמש דקות. לאחר מכן, הפסק את איסוף הנתונים וכבה את מנוע הערבוב.
    • כדי למנוע זיהום צולב בניסוי הבא שלכם, שטפו היטב את בדיקת הטמפרטורה במים שעברו דה-יוניזציה ואספו את השטיפה במיכל הפסולת.
    • לאחר מכן, הוציאו את הקלורימטר מצלחת הערבוב ושלפו את מוט הערבוב בעזרת מלקחיים. נקו את מוט הערבוב והמלקחיים באותו אופן.
    • יוצקים את תכולת הקלורימטר לתוך הפסולת ושוטפים היטב את הקלורימטר במים נטולי יונים. יבש את הקלורימטר עם מגבות נייר.
    • החלף את סדר הערימה של כוסות הפוליסטירן כדי לספק משטח פנימי נקי לתגובה הבאה. יבשו את המלקחיים, ערבבו ובדקו טמפרטורה והחזירו את חטיף הערבוב לקלורימטר.
  3. MgO(s) + 2 HCl(aq) → MgCl2(aq) + H2O(l)

    הנה התגובה השנייה שתבצע בקלורימטר. זוהי תגובה חומצית-בסיסית שבה תחמוצת מגנזיום מנטרלת HCl. כמו בעבר, מגנזיום כלורי יישאר בתמיסה כיונים מומסים. תחמוצת מגנזיום היא חומר מגרה נשימתי, לכן יש לנקוט משנה זהירות בעת מדידתה.

    • צור הפעלה חדשה של איסוף נתונים עם אותן הגדרות כמו קודם כדי להמשיך במעבדה.
    • מדדו כגרם אחד של תחמוצת מגנזיום באיזון אנליטי ותיעדו את המסה המדויקת במחשב המעבדה שלכם.

      טבלה 3: תגובה שנייה MgO + HCl

      מסה MgO (גרם)
      נפחHCL נוסף (מ"ל)
      Tראשוני (ºC)
      T סופי (ºC)
      ΔTMgO + HCl (K)
      צפיפותהידרוכלוריד (גר'/מ"ל)1.039
      מסההידרוכלוריד (גרם)
      פתרון המוני (g)
      קיבולת חום סגולית של 2 M HCl (J/g·K)3.98
      ΔUMgO + 2H+ ≈ ΔHMgO + 2H+ (kJ)
      הגבלת מגיב (mol)
      תשואה תיאורטית (mol)
      ΔHMgO + 2H+ (kJ/mol)
      לחץ כאן להורדת טבלה 3
    • השתמש בכוס 150 מ"ל שלך כדי להעביר כ-110 מ"ל של 2 M HCl למכסה האדים שלך. שפכו 100 מ"ל HCl לתוך הקלורימטר ותיעדו את נפח HCl במחשב הנייד של המעבדה.
    • הגדר את הקלורימטר על צלחת הערבוב באותו אופן כמו בניסוי האחרון. התחילו לערבב במהירות גבוהה והתחילו לאסוף נתוני טמפרטורה. המתן 30 שניות כדי לקבוע קריאת טמפרטורה התחלתית מדויקת.
    • לאחר מכן, הרימו את מכסה הקלורימטר ושפכו את תחמוצת המגנזיום לתוך הקלורימטר בבת אחת. יש לוודא שהתערובת מערבבת במרץ לפני החלפת המכסה. עקוב אחר קריאת הטמפרטורה ככל שהיא עולה.
    • ברגע שהטמפרטורה מגיעה למקסימום, אספו 5 דקות נוספות של נתונים. לאחר מכן, הפסק את איסוף הנתונים וכבה את מנוע הערבוב.
    • שמור את הנתונים והעבר את הקובץ למחשב או לכונן הבזק, כדי שתוכל לעבד אותו מאוחר יותר.
    • כעת, נקו וייבשו את הבדיקה, ערבבו את המוט והמלקחיים באותו אופן כמו קודם. שפכו את תערובת התגובה לתוך הפסולת ושטפו את החלק הפנימי של הקלורימטר לפני שאתם משליכים את הכוסות.
    • נטרלו את פסולת המגנזיום החומצית בעזרת סודה לשתייה, ודאו שה-pH מקובל עם נייר pH ושפכו אותו למיכל המיועד לפסולת מגנזיום מימית.
    • יש לשטוף היטב את הכד במים נטולי יונים, ולשפוך את השטיפה לתוך הפסולת. סגור את מיכל האשפה כשתסיים.
    • לאחר מכן, הניחו בצד את ציוד המעבדה שלכם ושטפו את כלי הזכוכית בהתאם לנהלי המעבדה הסטנדרטיים שלכם.
    • נטרלו כל פסולת מימית חומצית שאינה מכילה מגנזיום עם סודה לשתייה לפני שטיפתה במורד הניקוז.
    • השליכו את סירות השקילה, נייר האמרי והכוסות כראוי למעבדה שלכם, נקו חומרים שנשפכו במכסה האדים שלכם, וזרקו מגבות נייר משומשות ואשפה אחרת.
  4. Results
    • ראשית, התווה את שלוש קבוצות הנתונים שלך עם טמפרטורה על ציר y וזמן על ציר x.
    • מצא את השינויים בטמפרטורה הדרושים לך עבור החישובים שלך, החל מנתוני הכיול שלך. מדדת את הטמפרטורות הראשוניות החמות והקרות ישירות, כך שאתה רק צריך למצוא Tסופי, שהוא טמפרטורת השיא היציבה לאחר שהמים התערבבו. מלא את הערכים הראשוניים והסופיים ופתור עבור ΔTחם ו- ΔTקר.
    • לאחר מכן, הסתכלו על הנתונים מהתגובות שלכם. כמו בנתוני הכיול, Tfinal עבור כל תגובה היא טמפרטורת השיא. T ראשונית היא הטמפרטורה היציבה לפני תחילת כל תגובה. מלא ערכים אלה ופתור כדי לקבל ΔT עבור כל תגובה. מכיוון ש-ΔT הוא הפרש טמפרטורה ולמעלות צלזיוס ולקלווין יש מרווח זהה, אתה יכול פשוט לשנות את היחידות לקלווין.
    • כעת, חשב את קיבולת החום של הקלורימטר שלך ואת השינויים באנרגיה הפנימית של התגובות. לצורך חישובים אלה יש להניח כי הלחץ היה קבוע, נפח התמיסה בקושי השתנה בעת התחממותה, וכי לא הייתה העברת אנרגיה בין התמיסה לסביבתה. תחת הנחות אלה, השינוי באנתלפיה שווה לחום, שבתורו שווה בקירוב לשינוי באנרגיה הפנימית.
    • ראשית, חשב את קיבולת החום של הקלורימטר שלך. התחילו במילוי המסות של חלקי המים החמים והקרים מהחלק הראשון של המעבדה. מלא את ערכי ΔThot ו- ΔTcold שחישבת מנתוני הכיול שלך. השתמש בקיבולת החום הספציפית של מים בלחץ הסביבה ופתור עבור קיבולת החום של הקלורימטר שלך.
    • לאחר מכן, חשב את האנרגיה הפנימית של התגובה הראשונה. קבע את המסה של הפתרון שלך על ידי חיבור המסות של המגיבים שלך. ΔT מגיע מהגרף שלכם. אתה יודע את קיבולת החום של הקלורימטר שלך, וקיבולת החום הספציפית של 2 M HCl היא בערך 3.98 J / K⋅g. מלא ערכים אלה, ופתור כדי למצוא את האנרגיה הפנימית, ובכך את האנתלפיה המשוערת של תגובה זו. השתמש באותו תהליך כדי להעריך את האנתלפיה של התגובה השנייה.
    • עבור כל תגובה, זהה את המגיב המגביל וחשב את התשואה התיאורטית בשומות. בהתבסס על זה, קנה מידה את האנתלפיות עבור תשואה של 1 שומה.
    • כעת, חשב את האנתלפיה של היווצרות תחמוצת מגנזיום באמצעות ערכים אלה ואת האנתלפיה הידועה של היווצרות H2O. שים לב שהתגובה השנייה שלך חייבת להיות הפוכה כדי ששלוש התגובות הללו יצטברו להיווצרות תחמוצת מגנזיום, כך שתשתמש באנטרופיה השלילית של התגובה קדימה.

      טבלה 4: חישוב האנתלפיה של היווצרות MgO

      ΔHMg + 2H+ (kJ/mol)
      -ΔHMgO + 2H+ (kJ/mol)
      ΔHfH2O (kJ/mol)
      ΔHMgO (ערך מחושב; kJ/mol)
      ΔHMgO (ערך ספרותי; kJ/mol)
      שגיאת אחוזים
      לחץ כאן להורדת טבלה 4
    • לבסוף, חשב את אחוז השגיאה בין הערך המחושב שלך לבין היווצרות האנתלפיה הידועה של תחמוצת מגנזיום.

Browse More Videos

Enthalpy of Reaction