6. laboratóriumi gyakorlat

Közömbösítési hő meghatározása

Elméleti bevezető

Erős savnak erős bázissal történő közömbösítésekor semleges só és víz képződik:

NaOH + HCl = NaCl + H2O.

Ha a folyamat ionegyenletét felírjuk és a két oldalon szereplő azonos ionokat elhagyjuk, a víz öndisszociációjának fordított irányú felírását kapjuk:

OH + H+ = H2O

Mivel a folyamat lényege azonos, bármilyen erős savat és bázist használunk, a reakció azonos hőfelszabadulással jár. A hőeffektus legegyszerűbben egy ismert fajlagos hőkapacitású ("fajhőjű") anyag hőmérséklet-emelkedéseként mérhető:

Q = ΔE = c·m·ΔT

A gyakorlatban legtöbbször vizet használnak ismert hőkapacitású folyadéknak (a hőmennyiség régi, SI szerint már nem használható mértékegységének, a kalóriának (1 cal) éppen 1 g víz 1 K-nel való felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség volt a definíciója [egészen pontosan 15-ről 16 ºC-ra]; 1 cal = 4,184 J (joule). Mi  a kísérletben magának a reakcióban előálló NaCl-oldatnak a felmelegedését mérjük és feltételezzük, hogy az oldat hőkapacitása is c=1 cal/gK, vagyis c=4184J/kgK.

Eszközök

250 cm3-es Erlenmeyer-lombik, hőmérő, 2db 50 cm3-es mérőhenger

Anyagok

2 mol/dm3-es HCl- vagy HNO3- vagy 1 mol/dm3-es H2SO4 oldat és 2mol/dm3-es NaOH- vagy KOH-oldat

A mérés leírása

Az egyik mérőhengerbe kimérünk 50cm3 savoldatot, a másikba 50cm3 lúgoldatot. A lúgoldatot átöntjük az Erlenmeyer-lombikba, és beleállítjuk a teljesen száraz hőmérőt. Megvárjuk, amíg a hőmérő higanyszála megállapodik, és feljegyezzük a pontos értéket (a hőmérő pontosságának megfelelően). Ezután gyors mozdulattal hozzáöntjük a savoldatot, és a hőmérővel óvatosan, de intenzíven megkeverjük az oldatot. Keverés közben figyeljük a hőmérő higanyszálát, és a jegyzőkönyvbe felírjuk a legmagasabb értéket, amit mérünk. Számítsuk ki a fejlődő hőmennyiséget (a kiindulási- és végállapot hőmérsékletkülönbségét valamint víz sűrűségét és hőkapacitását véve alapul). Határozzuk meg a közömbösítési hő értékét (1 mol H+ és 1 mol OH reakciójakor felszabaduló hőt)! Hasonlítsuk össze a csoportban a különböző savakkal/lúgokkal végzett kísérlet eredményét. Számítsuk ki az átlagértéket és a szórást!

A mérés pontossága

A mérés során rendkívül sok elhanyagolást és hibát követünk el, ennek ellenére kb. 10% pontossággal meg tudjuk mérni a közömbösítési hő értékét. (Akit a precíz méréstechnika érdekel és nem tudja megvárni a Fizikai kémia labort, ahol a kísérletek ennek begyakoroltatására irányulnak, az keresse meg oktatóját legkésőbb egy héttel a gyakorlat előtt és beszéljék meg, hogy hogyan végezhetne pontosabban kivitelezett kísérletet.) A fontosabb hibák: nem végezzük el a sav- és lúgoldatok pontos koncentrációjának meghatározását, feltételezzük, hogy a két oldat egyforma hőmérsékletű, túl tömény oldatokkal dolgozunk (ez például a sűrűség- és hőkapacitás-értékénél okoz gondot), nem vesszük figyelembe a "kaloriméter" (edényzet, hőmérő) saját hőkapacitását (ún. vízérték), valamint a környezettel való hőcserét.


Az oldal készítője és fenntartója: Frigyes Dávid, egyetemi adjunktus (© 2007-2008.) Utolsó módosítás: 2017. 11. 02.