1דוח מעבדה מספר

תרמוכימיה

18.3.13תאריך:

שם המדריכה: ריטה

מגישות:

201638855מאיה אללוף ת"ז

200704500רעות בן חור ת"ז

מבוא במעבדה הראשונה למדנו והדגמנו עקרונות בסיסיים בתרמוכימיה. התרמוכימיה

עוסקת בשינויי אנרגיה שנגרמים עקב תהליכים כימיים ופיסיקליים. שינויים אלו מכונים באופן כללי "חום הריאקציה". במעבדה זו התמקדנו בחישובי חום ריאקציה עבור

ריאקצית המסה וריאקציות ניטרול. - שינוי החום המלווה הידרציה של מולקולות או יונים. מוגדר כשינוי החוםחום המסה

. 1M מול חומר לריכוז סופי של1המלווה המסת מול מים בתגובת סתירה שבין חומצה בריכוז1 - החום המעורב ביצירת חום ניטרול

1M.לבסיס באותו הריכוז כאשר ריאקציה מסוימת מתבצעת בלחץ קבוע )כפי שמתקיים במעבדה(, נקרא שינוי

∆החום בשם "שינוי האנתלפיה" ) Hריאקציה שבה משתחרר חום לסביבה מכונה .) ∆ריאקציה אקזותרמית ובעלת Hשלילי )המערכת איבדה חום לסביבה(, אם נקלט

∆חום במהלך הריאקציה היא מכונה ריאקציה אנדותרמית והיא בעלת H.חיובי על מנת למדוד חום ריאקציה עלינו להשתמש במערכת סגורה אשר מונעת כניסה או

יציאה של חום )וחומר( ממתקן המדידה. במעבדה עשינו שימוש בכוס תרמית אשר שימשה כקלורימטר- כלי מבודד חום וחומר. את חום הריאקציה מדדנו על ידי שינוי

הטמפרטורה של התמיסה.

- כיול הקלורימטר 1 ניסוי מספר מטרת הניסוי הייתה לחשב את תכולת החום של הקלורימטר. לשם כך היה עלינו

למצוא קודם את קיבול החום שלו על ידי מציאת ההפרש בין כמות החום שנמסרה על ידי המים החמים לבין כמות החום שנקלטה על ידי המים הקרים. חזרנו על הניסוי

פעמיים על מנת לקבל תוצאות מהימנות יותר. מערכת הניסוי כללה שני קלורימטרים, באחד מים בטמפרטורת החדר ובשני מים

מעלות מטמפרטורת החדר. עקבנו אחר שינויי20מחוממים לטמפרטורה הגבוהה ב הטמפרטורה בכל אחד מהם. לאחר מכן ערבבנו בין הנוזלים והמשכנו למדוד את

הטמפרטורה.

תוצאות הניסוי מרוכזות בטבלה ומתוארות בגרף המצורף.

- כיול הקלורימטר1.1טבלה

10987654321min

ערבו28282828ב

2121212121T 1

ערבוב

3737.538.539402T

.T6=28 ומכאן שגם y=28על סמך הקו הישר: T6חישוב טמפרטורת -.1חישוב כמות החום שנמסרה על ידי מסת המים החמים:.2

C p (water )=1 calg×degחום סגולי של מים -

q)hot water( =50g1cal/ºCg)28ºC-37ºC( = -450 cal

חישוב כמות החום שנקלטה על ידי מסת המים הקרים:.3q)cold water( =50g1cal/ºCg)28ºC-21ºC( = 350 cal

qcold water + q hot water +q cal =0חישוב כמות החום שקלט הקלורימטר: .4350+(−450 )+q cal=0

q cal=−100calחישוב תכולת החום של הקלורימטר:.5

C=|qhot|−q cold

(T 6−T 1)=450−35028−21

=14.286 cal℃

נחזור על כל המדידה בשנית על מנת לקבל תוצאות מהימנות.

- כיול הקלורימטר1.2טבלה

10987654321min

ערבו282828.528.5ב

2121212121T 1

ערבוב

383838.539402T

-=y = -0.2x + 29.95על סמך הקו הישר: T6. חישוב טמפרטורת -10.2*6+29.95=28.75

. חישוב כמות החום שנמסרה על ידי מסת המים החמים:2

C p (water )=1 calg×degחום סגולי של מים -

q)hot water( =50g1cal/ºCg)28.75ºC-38ºC( = -462.5 cal

חישוב כמות החום שנקלטה על ידי מסת המים הקרים:. 3

q)cold water( =50g1cal/ºCg)28.75ºC-21ºC( = 387.5 calqcold water + q hot water +q cal =0. חישוב כמות החום שקלט הקלורימטר: 4

387 .5+(−462 .5 )+qcal=0q cal=−75cal

. חישוב תכולת החום של הקלורימטר:5

C=|qhot|−q cold

(T 6−T 1)=4 62.5−387.5

28 .5−21=10 cal

℃

ממוצע תכולות החום של הקלורימטר בשני הניסויים: 14 .286+10

2=12.143

(14 .286−12.143)2+(10−12.143)2

2תקן=10%>4.59= סטיית

דיון בתוצאות הניסוי:

בניסוי עקבנו אחר השתנות הטמפרטורה לאחר ערבוב מים בטמפרטורת החדר עם מים מחוממים. כצפוי חום נפלט מהמים החמים ונקלט על ידי המים הקרים ועל ידי

בין10%הקלורימטר. חזרנו על הניסוי פעם נוספת ולא נמצאה סטיית תקן גדולה מ שתי המדידות דבר המעיד על מהימנות התוצאות.

תכולת החום של הקלורימטר חייבת להיות קטנה או שווה למשקל הכוסות, זאת משום . אנוC=m∗Cpשקיבול החום של כל חומר שווה למסה שלו כפול החום הסגולי שלו:

. החום הסגולי1cal/ºCgיודעים שהחום הסגולי של המים הוא הגבוה ביותר ושווה ל )או שווה לו( ועל כן תכולת החום של1של כל חומר אחר חייב להיות קטן מ

הקלורימטר חייבת להיות קטנה או שווה למסת הכוסות.

.200.69g : 2 כוס 199.2g : 1 כוס מסת הכוסות:

אכן גבוהה יותר.14.286cal ו 10calתכולת החום של הקלורימטר:

( עםHNO3א'- מדידת חום הסתירה של חומצה חנקתית )2ניסוי

(KOHבסיס האשלגן )

עם חומצה חנקתית חזקה.KOHמטרת הניסוי היא מדידת חום הסתירה של בסיס התחלנו כאשר שתי התמיסות נפרדות ובטמפ' החדר. מדדנו את הטמפ' במשך חמש דקות ובדקה השישית הוספנו לבסיס את החומצה בתוך הקלורימטר והמשכנו לעקוב

אחר הטמפרטורה.

א'- מדידת חום הסתירה של חומצה חנקתית עם בסיס האשלגן2טבלה

10987654321min

ערבו27272727ב

2222222222T 1

ערבוב

22222222222T

H++NO3−+K ++OH−→H2O+K++NO3

−+q

.T6=27 ומכאן שגם y=27על סמך הקו הישר: T6חישוב טמפרטורת -22℃לפני הוספת החומצה לבסיס טמפרטורת שתי התמיסות הייתה זהה ושווה ל-

∆T system=T 6−T 1=5℃

HNO3 - q=V∗d∗Cp∗∆T עם חומצה חנקתית KOH חישוב חום הסתירה של V=100ml 50 מכיוון שהיו לנו שתי תמיסות שכל אחת מהןmlואיחדנו ביניהן

q=100ml∗1.038 grml

∗0.96 calgr

∗(27℃−22℃ )=498.24cal

qcal=C נחשב את החום שקלט הקלורימטר: p∗∆T

qcal=12 .143cal℃

∗5℃=60.715cal)עדיין ערך נמוך ממסת הקלורימטר(

qreaction= q + qcal = 498.24cal+60.715 = 558.955cal

∆ H=qn

C: נחשב את מספר המולים x V=n C=0.5MV=0.1 L

0.5 x 0.1=0.05mol

∆ H=−558.955 cal0.05mol

=−11.18 Kcalmol( )מדובר בחום שנפלט מהמערכת ועל כן המינוס

( עםCH3COOHב'- מדידת חום הסתירה של חומצה אצטית )2ניסוי KOH

עם חומצה אצטית שהינהKOHמטרת הניסוי היא מדידת חום הסתירה של בסיס חומצה חלשה. התחלנו כאשר שתי התמיסות נפרדות ובטמפ' החדר. מדדנו את

הטמפ' במשך חמש דקות. בדקה השישית הוספנו לבסיס את החומצה בתוךהקלורימטר והמשכנו לעקוב אחר השתנות הטמפרטורה.

ב'- מדידת חום הסתירה של חומצה אצטית עם בסיס האשלגן2טבלה

10987654321min

ערבו26262626ב

2222222222T 1

ערבוב

22222222222T

CH 3COOH+K++OH−→H2O+K++CH 3COO−+q

℃T6=26 קו ישר ולכן : T6 חישוב 22℃לפני הוספת החומצה לבסיס טמפרטורת שתי התמיסות הייתה זהה ושווה ל-

∆T system=T 6−T 1=4℃

- CH3COOH עם חומצה אצטית KOH של סתירה חישוב חום ה q=V∗d∗Cp∗∆T

q=100ml∗1.02 grml

∗0.96 calgr

∗(26℃−22℃ )=391 .68cal

qcal=Cנחשב את החום שקלט הקלורימטר: p∗∆T

qcal=12.143cal℃

∗4℃=48.572cal)עדיין ערך נמוך ממסת הקלורימטר(

qreaction= q + qcal = 391.68+48.572= 440.252cal

∆ H=qn

C: נחשב את מספר המולים x V=n C=0.5MV=0.1 L

0.5 x 0.1=0.05mol

∆ H=−440.252cal0.05mol

=−8.805 Kcalmol

מדובר בחום שנפלט מהמערכת ועל כן המינוס()

דיון בתוצאות הניסוי: עםהניסוי הדגים את תופעת פליטת האנרגיה המשתחררת כחום בריאקציית סתירה.

שלHא', נוצרו קשרים בין ה+2הוספת החומצה החנקתית )החזקה( לבסיס בניסוי החומצה ליון ההידרוקסיד מהבסיס, וחיבורם נותן מולקולת מים, והוביל לשחרור

תוצרי ריאקציה זו יציבים ולכן נפלטת אנרגיה לסביבה. אותו הדבר קרה בניסויאנרגיה. ב', כאשר הגבנו חומצה אצטית עם אותו הבסיס, החומצה נתנה פרוטון אשר נקלט2

- בתמיסה. במקרה זה מדובר בחומצה חלשה אשר מתפרקת פחותOHעל ידי יוני ה מהחומצה החזקה, פחות תוצרים יציבים יווצרו ועל כן תיפלט פחות אנרגיה מהמערכת

∆לסביבה. ניתן לראות זאת גם על פי התוצאות כי H א הינו שלילי יותר. 2 של ניסוי

KOH א: מדידת חום ההמסה של 3 ניסוי

KOH →H2O

Kaq+ +OH aq

− +q

מוצק. ראשית חישבנו כמהKOHמטרת הניסוי הייתה למדוד את חום ההמסה של . מדדנו1M, וריכוזה ml 50 מוצק אנו זקוקים לקבלת תמיסה שנפחה KOHגרמים של

,KOH דקות, לאחר מכן הוספנו את ה-5 במשך ml 50טמפרטורה של מים בנפח של דקות.4ערבבנו ומדדנו את הטמפרטורה במשך עוד

י מוצקKOHא'- מדידת חום ההמסה של 3טבלה

10987654321min

ערבו28282828ב

2121212121T 1

מוצק: KOH חישוב מסת

V= 50 ml = 0.05 L C= 1M

n= 0.05mol MwKOH= 56.1 = 0.05 mol C x V= n

= 0.05 x 1

Mw x n = m

56.1grmol

x 0.05mol=2.805gr

חישוב מסה כוללת בניסוי זה:

Vנחשב את מסת המים בתמיסה: xD=m

50ml×1grml

=50 gr

m 1+m2=50 gr+2 .805gr=52.805gr

חישוב הפרשי טמפרטורה:

, הטמפרטורה מיד לאחרy=26 מכיוון שמדובר בקו ישר T=6חישוב הטמפרטורה בזמן .26℃ היא KOHהוספת

21 ℃ , של המים היא KOHהטמפרטורה לפני הוספת ∆T=26℃−21℃=5℃

: KOH חישוב חום ההמסה של

q=mCpTנשתמש בנוסחא:

q=52.805 gr×0.94 calgr ×℃

×5℃=248.183cal

qcal=12 .143cal℃

×5℃=60.715cal

qreaction=q+qcal=248.143cal+60.715=¿308.858 cal

∆ H=−qn

∆ H=−308.858 cal0.05mol

=−6177.16 calmol

=−6.177 kcalmo l

KNO3 ב: חום ההמסה של 3ניסוי

KNO3 →H2O

Kaq+ +NO3aq

− +q

מוצק אנו זקוקים לקבלת תמיסה שנפחהKNO3בניסוי זה חישבנו כמה גרמים של 50 ml 1, וריכוזה M 50. מדדנו טמפרטורה של מים בנפח של ml דקות,5 במשך

, ערבבנו והמשכנו לעקוב אחר השתנותKNO3לאחר מכן הוספנו את ה- הטמפרטורה. הפעם הארכנו את משך המדידה לקבל תוצאות אמינות יותר, מאחר ל-

KNO3 לוקח יותר זמן להתפרק. למעשה מדדנו את חום ההמסה של KNO3.מוצק

מוצקKNO3ב'- מדידת חום ההמסה של 3טבלה

151413121110987654321min

ערבו181818181818181818ב

2222222222T 1

המוצק: KNO3 חישוב מסת ה- V= 50 ml = 0.05 L C= 1 M

n = 0.05 mol C x V= n =0.05 x 1

MwKNO 3=101.11grmol M w xn=m

101.11grmol

x 0.05mol=5.055gr

ולערך זה נתייחס בחישובים הבאים. 5.03gבשל אופי החומר בפועל שקלנו

חישוב מסה כוללת בניסוי זה:

Vנחשב את מסת המים בתמיסה: xD=m

50ml×1grml

=50 gr

m 1+m2=50 gr+5.03 gr=55.03 gr

חישוב הפרשי טמפרטורה

. T6=18, ועל כן y=18 ע"י שימוש בישר T=6נמצא את הטמפרטורה בזמן

22℃טמפרטורת המים לפני ההוספה היא

∆T=18℃−22℃=−4℃

: KNO3 חישוב חום ההמסה של

q=55.03 gr×0.96 calgr ×deg

×−4deg=−211.315 cal

qcal=12.143cal℃

×−4℃=−48.572cal

qreaction=q+qcal=−48.572cal−211.315=−259.887cal

∆ H=211 .315cal0 .05mol

=5197 .74 calmol

=5 .198 kcalmol

דיון בתוצאות הניסוי:

¿+K ול¿¿−OH מתפרק לKOHבריאקציה הראשונה . הקשרים שנוצרו בתהליך הם בין¿

ויון ההידרוקסיד עם מולקולות המים. במהלך יצירת הקשרים החדשים, יון האשלגן

יותר אנרגיה משתחררת מאשר נצרכת בפירוק של הקשרים הישנים ולכן תשתחרר

אנרגיה לסביבה בצורת חום. נצפה לראות עלייה בטמפרטורה אשר נפלטה לסביבה,

∆ולכן זהו תהליך אקזותרמי בו H.הינו שלילי

¿+K מתפרק ל-KNO3לעומת זאת, בריאקציה השנייה, ו ¿ NO3−¿¿הקשרים שנוצרים .

בתהליך הינם עם יון האשלגן ומולקולות המים. האנרגיה הדרושה לשבירת הקשרים,

האשלגן יוני בין חדשים קשרים מיצירת כתוצאה הנפלטת מהאנרגיה גדולה

את לשבור כדי מהסביבה חום לאנרגיית זקוקה המערכת ולכן המים למולקולות

הקשרים. נצפה לראות ירידה בטמפרטורה, המערכת צורכת חום מהסביבה ולכן זהו

∆תהליך אנדותרמי בעל H .חיובי

מוצק וחומצה חנקתית KOH - חום תגובה שבין 4 ניסוי

KOH+H (aq )+ + NO3 aq

− →K (aq)+ +NO3(aq )

− +H2O+q

KOH ושקלנו M1 של חומצה חנקתית בריכוז ml 50בניסוי זה, הכנסנו לקלורימטר

. למעשה שילבנו כאן שניM1 בריכוז של ml 50מוצק לקבלת גרמים על פי נפח של

סכימהHess.א, ניסוי של המסה וניסוי של סתירה. לפי חוק 3.א וניסוי 2ניסויים-ניסוי

.א, תהיה שווה לחום3.א יחד עם חום התגובה של ניסוי 2את חום התגובה של ניסוי

התגובה של ניסוי זה.

מוצק לבין חומצה חנקתיתKOH- מדידת חום התגובה בין 4טבלה

10987654321min

ערבו38383835ב

2222222222T 1

מוצק: KOH חישוב מסת

V= 50 ml = 0.05 L C= 1M

n= 0.05mol MwKOH= 56.1 = 0.05 mol C x V= n

= 0.05 x 1

Mw x n = m

56.1grmol

x 0.05mol=2.805gr

ובנתון זה נשתמש בחישובנו. 2.72gבפועל שקלנו חישוב המסה הכוללת בניסוי זה:

:KNO3חישוב מסת התוצר

V xD=m

50ml×1.064grml

=53.2gr

חישוב הפרש הטמפרטורה נעשה לפי הצבת זמן הערבוב:y = 0.9x + 29.6

y)6(= 0.9 X 6 + 29.6= 35 ℃.22 ℃טמפרטורת ח. חנקתית לפני ערבוב-

∆T=35℃−22℃=13℃

חישוב שינוי החום של התהליך:

q=53.2gr x 0.96 calgr ×℃❑

x13℃=663.936cal

qcal=12.143cal℃

x13℃=157.859cal

qreaction=q+qcal=663.936cal+157.859cal=821.795cal

v= 50 ml, v= 0.05 L, C= 1 Mנחשב מספר מולים: 0.05 L x 1 M= 0.05 mol

∆ H=−821.795cal0 .05mol

=−16 .436 kcalmol

דיון בתוצאות הניסוי:

. אנחנוHNO3 מוצק לחומצה חנקתית KOHבניסוי זה מדדנו את חום התגובה בין

א.3א ו2 של ניסוים ΔH| הסוכם את ΔHמצפים שהתגובה תהיה אקסותרמית ובעלת |

א, ששתיהן אקסותרמיות, צריך3א ו2זאת מכיוון שע"פ חוק הס סכום הריאקציות

. חוק הס קובע כי עבור כל תגובה כימית המתרחשת4להיות שוות לריאקציה מספר

בלחץ קבוע, שינוי האנתלפיה אינו תלוי בדרך בה מתרחש התהליך אלא רק בהפרש

שבין המצב הסופי למצב ההתחלתי. למעשה בניסוי זה חיברנו שתי ריאקציות נפרדות

)עבורן חישבנו שינוי אנתלפיה( ובניסוי זה מדדנו את החום הנפלט בתהליך הכולל:

∆ H 4=−16.436 kcalmol

∆ H 2+∆H 3=−11.18 kcalmol

−6.177 kcalmol

=−17.357 kcalmol

סטיית תקן: (−17.357+16.896)2+(−16.436+16.896)2

2=0.2118%<10%

א' קרוב מאוד3א' ו 2כמצופה, שינוי האנתלפיה המחשוב מסכימת התוצאות בניסוי

. 4לשינוי הריאקציה המדוד בניסוי