Содержание
Калориметры измеряют тепло химической реакции или физического изменения, такого как таяние льда в жидкой воде. 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 чашек кофе из пенопласта, крышка и термометр. Однако перед использованием калориметра вам необходимо откалибровать его и определить его постоянную калориметра. Чтобы найти постоянную калориметра для вашего устройства, выполните действия, описанные ниже.
Наденьте халат, защитные очки и перчатки.
Соберите калориметр кофейной чашки, вставив одну кофейную чашку из пенопласта в другую и прикрепив крышку. Это может показаться простым, но если его правильно откалибровать, этот калориметр с кофейной чашкой может быть удивительно полезен для нахождения теплоты реакции.
Отмерьте примерно 50 мл холодной воды, используя мерный цилиндр. На этом этапе нет необходимости быть точным.
Измерьте вес вашего пустого калориметра с кофейной чашкой с точностью до 0,01 грамма (или как можно ближе). Теперь добавьте 50 мл холодной воды, установите крышку на место и повторно взвесьте калориметр. Разница между пустым и полным 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 снова взвесьте стакан. Разница между пустым и полным 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 над сеткой из проволочной сетки над горелкой Бунзена. Сетка из проволочной сетки препятствует прямому контакту пламени со стеклом. Поместите один из двух термометров в стакан и закрепите его с помощью зажима, чтобы он был подвешен в воде, но не касался дна стакана.
Зажгите бунзеновскую горелку и осторожно нагрейте горячую воду до температуры около 80 градусов Цельсия. Лучше нагревать ее медленно, чем нагревать слишком быстро и доводить до кипения.
Вставьте второй термометр в калориметр через крышку. Размешайте воду внутри калориметра в течение четырех минут и запишите ее температуру с интервалом в одну минуту с точностью до 0,1 градуса C. Температура должна оставаться более или 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 налейте всю горячую воду в калориметр, затем установите крышку на место 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 виде значений X и температуры в качестве значений y и представьте свои данные в виде графика. Используйте программу для работы с электронными таблицами, чтобы найти линию, наиболее подходящую для данных после добавления горячей воды. Не включайте данные точек до добавления горячей воды в вашу линию наилучшего соответствия. Линия тренда должна быть линейной.
Запишите линию наилучшего соответствия из вашего графика. Подключите 5 минут для x и рассчитайте y (экстраполированная температура за 5 минут). Хорошо назвать эту экстраполированную температуру Tf.
Вычтите Tf из температуры горячей воды непосредственно перед тем, как добавить ее в калориметр. Это даст вам изменение температуры горячей воды, Чт. Умножьте Th на 4,184 и массу горячей воды, чтобы узнать, сколько энергии горячая вода потеряла 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, получаемой холодной водой в джоулях.
Вычтите энергию, полученную холодной водой из энергии, потерянной горячей водой. Это даст вам количество энергии, полученное калориметром.
Разделите энергию, получаемую калориметром, на Tc (изменение температуры холодной воды). Этот окончательный ответ - ваша постоянная калориметра.