Калориметры измеряют теплоту химической реакции или физического изменения, такого как плавление льда в жидкую воду. Теплота реакции важна для понимания термодинамики химических реакций и предсказания того, какие реакции будут происходить спонтанно. Базовый калориметр очень легко построить - все, что вам нужно, это пара кофейных чашек из пенополистирола, крышка и термометр. Однако перед использованием калориметра вам необходимо откалибровать его и определить константу калориметра. Чтобы найти постоянную калориметра для вашего устройства, выполните действия, описанные ниже.
Наденьте лабораторный халат, защитные очки и перчатки.
Соберите калориметр кофейной чашки, вставив одну кофейную чашку из пенополистирола в другую и прикрепив крышку. Это может показаться простым, но если он правильно откалиброван, этот калориметр в виде чашки кофе может быть удивительно полезным для определения теплоты реакции.
Отмерьте примерно 50 мл холодной воды с помощью мерного цилиндра. На данном этапе нет необходимости быть точным.
Измерьте вес калориметра пустой кофейной чашки с точностью до 0,01 грамма (или как можно точнее). Теперь добавьте 50 мл холодной воды, закройте крышку и повторно взвесьте калориметр. Разница между полным и пустым весом - это вес холодной воды. Запишите это значение (с точностью до 0,01 грамма).
Взвесьте стакан и запишите его вес (с точностью до 0,01 грамма). Добавьте примерно 50 мл воды и повторно взвесьте стакан. Разница между полным и пустым весом - это вес горячей воды. Запишите это значение (с точностью до 0,01 грамма).
Используя кольцевую стойку и зажим, закрепите стакан так, чтобы он стоял на проволочной сетке над горелкой Бунзена. Проволочная сетка предотвращает прямой контакт пламени со стеклом. Поместите один из двух термометров в стакан и закрепите его зажимом так, чтобы он был подвешен в воде, но не касался дна стакана.
Зажгите конфорку бунзена и осторожно нагрейте горячую воду примерно до 80 ° C. Лучше нагревать медленно, чем слишком быстро и доводить до кипения.
Вставьте второй градусник в калориметр через крышку. Перемешивайте воду внутри калориметра в течение четырех минут и записывайте ее температуру с интервалом в одну минуту с точностью до 0,1 ° C. Температура должна оставаться более-менее постоянной; если это не так, оставьте холодную воду еще как минимум на две минуты.
Незадолго до пятой минуты выключите горелку Бунзена, если вы еще этого не сделали, и запишите температуру горячей и холодной воды. Быстро и осторожно слейте всю горячую воду в калориметр, затем закройте крышку и продолжите перемешивание с помощью термометра.
Измеряйте и записывайте температуру в калориметре с 30-секундными интервалами, пока не пройдет пять минут.
Откройте Excel или другую программу для работы с электронными таблицами. Введите время в качестве значений X и температуры в качестве значений Y и нанесите на график свои данные. Используйте программу для работы с электронными таблицами, чтобы найти строку, наиболее подходящую для данных после добавления горячей воды. Не включайте точки данных, полученные до добавления горячей воды в наиболее подходящую линию. Линия тренда должна быть линейной.
Запишите наиболее подходящую линию на вашем графике. Подставьте 5 минут для x и вычислите y (экстраполированная температура через 5 минут). Назовем эту экстраполированную температуру Tf.
Вычтите Tf из температуры горячей воды перед тем, как добавить ее в калориметр. Это даст вам изменение температуры горячей воды Th. Умножьте Th на 4,184 и массу горячей воды, чтобы узнать, сколько энергии потеряла горячая вода в джоулях.
Вычтите температуру холодной воды из Tf; это даст вам Tc, изменение температуры холодной воды. Умножьте на массу холодной воды и 4,184, чтобы найти количество энергии, полученное холодной водой в джоулях.
Вычтите энергию, полученную холодной водой, из энергии, потерянной горячей водой. Это даст вам количество энергии, полученное калориметром.
Разделите энергию, полученную калориметром, на Tc (изменение температуры холодной воды). Последний ответ - постоянная вашего калориметра.
Вещи, которые вам понадобятся
- Калориметр кофейной чашки
- 2 термометра
- бунзеновская горелка
- Легче
- Сухой стакан 150 мл
- Шкала
- Градуированный цилиндр
- Программа для работы с электронными таблицами, такая как Excel или OpenOffice
- Воды
- Стойка для ринга
- Зажим
- Проволочная сетка
- Калькулятор
- Лабораторный халат
- очки для плавания
- Перчатки
Советы
Константа калориметра никогда не может быть отрицательной - если это так, вы ошиблись... Попробуйте выполнить несколько испытаний и усреднить результаты этих испытаний, чтобы уменьшить вашу ошибку. Неопределенность вашего окончательного среднего будет плюс / минус 2x стандартное отклонение.
Предупреждения
ВСЕГДА будьте предельно осторожны при работе с открытым пламенем. Никогда не позволяйте вашим волосам, одежде или любым легковоспламеняющимся материалам приближаться к огню. Погасите горелку, когда она больше не используется. Будьте предельно осторожны при работе с горячей водой; Вода с температурой 80 ° C может вызвать сильные ожоги или ожоги, если пролить ее на кожу.