Файл: Методические указания для выполнения лабораторных работ для студентов бакалавриата направлений 21. 03. 01 Нефтегазовое дело.doc

Обработка результатов эксперимента

1. Используя данные измерения температуры, построить графики зависимости Т = f(t) для безводной соли и для её кристаллогидрата



Зависимости изменения температуры от времени для опыта с безводной солью (а) и её кристаллогидратом (б).


2. После построения зависимостей определить границы начального и конечного периодов: точки как начального, так и коннечного периодов должны удовлетворительно аппроксимироваться линейной зависимостью.

Главный период может содержать одну или несколько точек. Это будет зависеть от скорости растворения, скорости добавления соли, интенсивности перемешивания и др.

3. Обработать полученные графические зависимости по следующей схеме.

= Провести линии тренда для начального и конечного периодов.

При построении линий тренда начального и конечного периодов на вкладке «формат линии тренда» отметить прогноз «вперёд» для линии тренда начального периода и «назад» для линии тренда конечного периода. Прогноз может составить от 50 до 200 единиц.



= Соединить последнюю точку начального периода с начальной точкой конечного периода.

= Полученную линию разделить пополам.

= Через точку середины (Х) провести перпендикуляр к оси абсцисс.

= Продлить линии тренда начального и конечного периодов до пересечения с перпендикуляром – получим значение изменения температуры Т.



Пример графической обработки результатов эксперимента.

4. Для обоих опытов рассчитать теплоемкость калориметрической установки по уравнению

С_cal = C_р-рm_p-p + С_HgV_Hg + C_стm_ст, Дж/К,

где C_р-р – удельная теплоемкость раствора, 4,18 Дж/гК; m_p-p – масса раствора во внутреннем стакане, г;

---

С_Hg – объемная теплоемкость ртути и стекла, 1,92 Дж/см³К, V_Hg – объем баллона термометра, содержащего ртуть, мл; C_ст – удельная теплоемкость стекла, 0,79 дж/гК; m_cт. – общая масса стеклянных частей калориметрической установки, г.

5. Вычислить интегральную теплоту растворения безводной соли и кристаллогидрата по уравнению:

, Дж/моль,

где n_соли – количество вещества соли (безводной или кристаллогидрата), моль.

6. Вычислить тепловой эффект процесса гидратации по уравнению:

.

7. Оценить относительную инструментальную ошибку:

.

Относительную погрешность расчетного определения теплоемкости системы обычно принимают равной 3 %; погрешность определения температуры определяется ценой деления термометра Бекмана (0,005°Б), массы – технической характеристикой весов (0,01 г).

8. Рассчитать абсолютную погрешность измерения теплового эффекта. Ответ записать по форме: .

Содержание отчета по лабораторной работе

1. Название работы.

2. Цель работы.

3. Ход эксперимента.

4. Экспериментальные данные (см. протокол к лабораторной работе).

5. Обработка экспериментальных данных.

6. Вывод.

---

Лабораторная работа № 2 Определение теплоты диссоциации слабой кислоты

Цель работы

Определение суммарного теплового эффекта процессов диссоциации и гидратации слабой кислоты.

Сущность работы

При нейтрализации слабой кислоты щелочью тепловой эффект реакции складывается из эндотермического эффекта диссоциации и экзотермического эффекта процесса нейтрализации. Значение последнего в стандартных условиях составляет величину -55,8 кДж/моль. Для определения теплового эффекта реакции надо определить теплоемкость системы и изменение температуры системы, вызванное реакцией кислоты со щелочью.

Оборудование и реактивы

Стеклянный стакан объемом 500 мл – 1 шт.; фарфоровый или стеклянный внешний стакан объемом 750 мл – 1 шт.; стеклянный стакан вместимостью 50 мл – 1 шт.; стеклянная палочка для перемешивания – 1 шт.; кристаллизатор – 1 шт.; штатив с лапками – 1 шт.; термометр Бекмана – 1 шт.; мерный цилиндр объемом 25 или 50 мл – 1 шт.; мерный цилиндр объемом 500 мл – 1 шт.; секундомер, весы, уксусная кислота – растворы концентрацией 0,1 и 0,2 моль/л; гидроксид натрия или калия – раствор концентрацией 1 моль/кг.

Выполнение работы

1. Взвесить на технических весах внутренний стакан калориметрической установки и стеклянную палочку-мешалку.

2. Определить объем ртутного баллона термометра. Для этого опустить «нос» термометра в мерный цилиндр объемом 25 или 50 мл, куда предварительно налито некоторое количество воды и, по разности уровней жидкости в цилиндре, определить объем ртути, V_Hg.

3. Мерным цилиндром вместимостью 500 мл отобрать 300 мл раствора кислоты и перелить во внутренний стакан калориметрической установки. Массу раствора считать равной 300 г, т.к. раствор кислоты разбавленный, и его плотность близка к единице.

4. В химический стакан вместимостью 50 мл отобрать от 20 до 30 мл раствора щелочи. Стакан с раствором щелочи взвесить, массу занести в протокол лабораторной работы.

5. Собрать калориметрическую установку.

6. Для установления температурного равновесия перед началом опыта выждать 2-3 мин, помешивая воду в стакане.

---

7. Пустить секундомер и через каждые 30 секунд записывать показания температуры по термометру Бекмана в течение 5 минут (10 показаний) при постоянном перемешивании.

8. Не прекращая отсчета времени и измерения температуры!!! вылить щелочь в кислоту.

9. По-прежнему через каждые 30 секунд записывать показания термометра Бекмана до стабилизации температуры, после чего получить еще 10 показаний температуры.

10. Взвесить пустой стакан из-под щелочи, массу занести в протокол.

11. Операции с 3 по 10 повторить для слабой кислоты другой концентрации.

Протокол лабораторной работы

Наменование кислоты
Химическая формула
Масса стеклянной палочки и внутреннего стакана калориметрической установки mст., г.
Объем ртутного баллона термометра VHg, мл
Концентрация раствора кислоты Ск, моль/л	0,1	0,05
Плотность раствора кислоты, г/мл	1	1
Объем раствора кислоты, мл	300	300
Масса растора кислоты, г
Наименование щелочи
Химическая формула щелочи
Концентрация раствора щелочи, моль/кг
Объём раствора щелочи, мл
Масса стакана с раствором щелочи, г
Масса пустого стакана из-по щёлочи, г
Масса щелочи mщ = mстакана с раствором – mстакана, г

Измерения температуры:

№	Время, с	Температура, Б
		С1	С2
1	0
2	30
3	60
4	90
5	120
6	150
7	180
8	210
9	240
10	270
11	300
12	330
13	360
14	390
15	420
16	450
17	480
18	510
19	540
20	570
21	600
22	630
23	660
24	690
25	720
26	750
27	780
28	810
29	840
30	870
31	900

---

Обработка результатов эксперимента

1. Используя данные измерения температуры, для обеих концентраций уксусной кислоты построить графики зависимости Т = f(t).





Образец построения зависимости изменения температуры от времени.

2. После построения зависимостей определить границы начального и конечного периодов: точки как начального, так и коннечного периодов должны удовлетворительно аппроксимироваться линейной зависимостью.

Главный период может содержать одну или несколько точек. Это будет зависеть от скорости реакции, скорости приливания щелочи к кислоте, интенсивности перемешивания и др.

3. Обработать полученные графические зависимости по следующей схеме.

= Провести линии тренда для начального и конечного периодов.

При построении линий тренда начального и конечного периодов на вкладке «формат линии тренда» отметить прогноз «вперёд» для линии тренда начального периода и «назад» для линии тренда конечного периода. Прогноз может составить от 50 до 250 единиц.



= Соединить последнюю точку начального периода с начальной точкой конечного периода.

= Полученную линию разделить пополам.

= Через точку середины провести перпендикуляр к оси абсцисс.

= Продлить линии тренда начального и конечного периодов до пересечения с перпендикуляром – получим значение изменения температуры Т.



Пример графической обработки результатов эксперимента.

4. Для обеих концентраций кислоты рассчитать теплоемкость калориметрической установки по уравнению:

С_cal = C_р-р(m_p-p + m_щ) + С_HgV_Hg + C_стm, Дж/К,

где C_р-р – удельная теплоемкость раствора, 4,18 Дж/гК; m_p-p – масса раствора во внутреннем стакане, г; m_щ – масса раствора щелочи в пипетке, г; С_Hg – объемная теплоемкость ртути и стекла

---