ความร้อนของปฏิกิริยาเคมี

1. หลักการ

1.1. ปฏิกิริยาเคมี

1.1.1. ปฏิกิริยาแบบคายความร้อน

1.1.1.1. พลังงานภายในของระบบที่เปลี่ยนแปลง และ ค่าเอนทาลปีของระบบที่เปลี่ยนแปลง จะมีค่าเป็นลบ

1.1.2. ปฏิกิริยาแบบดูดความร้อน

1.1.2.1. พลังงานภายในของระบบที่เปลี่ยนแปลง และ ค่าเอนทาลปีของระบบที่เปลี่ยนแปลง จะมีค่าเป็นบวก

1.2. แคลอริมิเตอร์

1.2.1. การศึกษาเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงความร้อนในปฏิกิริยาเคมีในแง่ของความร้อน ศึกษาโดยปริมาณความร้อนที่เลปี่ยนแปลงไปของระบบเป็นที่วัดค่าได้

1.2.1.1. การวัดปริมาณความร้อนของปฏิกิริยาทำได้โดยทั่วไป 2 แบบ

1.2.1.1.1. กำหนดให้ปริมาตรคงที่

1.2.1.1.2. กำหนดให้ความดันคงที่

1.2.2. ประกอบด้วย ถ้วยแก้วพลาสติกมีฝาปิดหุ้มด้วยโฟมหรือไม้คอร์กเพื่อเป็นฉนวนป้องกันการสูญเสียความร้อนหรือรับความร้อนจากภายนอกระบบ ฝาของถ้วยแก้วพลาสติกมีรูเพื่อเสียบแท่งกวนและเมอร์โมมิเตอร์

1.3. ความร้อนของปฏิกิริยาเคมี ไม่ว่าจะเป็นการคายหรือดูดความร้อน วัดได้จากอุณหภูมิที่เพิ่มหรือลดลงของระบบ และเมื่อนำค่าอุณหภูมิที่เปลี่ยนไปคูณกับค่าความจุความร้อนของระบบ จะเท่ากับค่าของพลังงานที่เปลี่ยนแปลงเมื่อสารตั้งต้นกลายเป็นสารผลิตภัณฑ์

2. วิธีการทดลอง

2.1. ตอนที่ 1>>หาค่าความร้อนจำเพาะของแคลอริมิเตอร์

2.1.1. 1.นำแคลอิมิเตอร์ พร้อมแท่งกวนและเทอร์โมมิเตอร์ ชั่งและบันทึกน้ำหนัก

2.1.2. 2.ใช้กระบอกตวง ตวงน้ำเย็น 25 cm3 แล้วเทลงในแคลอริมิเตอร์ นำไปชั่งน้ำหนัก เเละวัดอุณหภูมิภายในแคลอริมิเตอร์ด้วยเทอร์โมมิเตอร์

2.1.3. 3.ใส่น้ำร้อนที่อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิภายในแคลอริมิเตอร์ประมาณ 40 องศา ประมาณ 25 cm3 ปิดฝากวนตลอดเวลาและบันทึกอุณหภูมิทุก ๆ 10 วินาที จนกระทั่งอุณหภูมิคงที่

2.1.4. 4.ชั่งแคลอริมิเตอร์รวมทั้งน้ำร้อนที่เติมลงไปและหาอุณหภูมิผสมจากการพล็อตกราฟ จากนั้น คำนวณหาค่าความร้อนจำเพาะของแคลอริมิเตอร์

2.1.5. ทำการทดลองซ้ำอีกครั้ง ถ้าค่าความร้อนของแคลอริมิเตอร์ที่คำนวณได้ทั้ง 2 ครั้งแตกต่างกันมากให้ทดลองซ้ำอีก 1 ครั้ง

2.2. ตอนที่ 2>>หาค่าความร้อนจากปฏิกิริยาสะเทิน

2.2.1. 1.ไขสารละลาย 5M HCL จากบิวเรต จำนวน 24 cm3 ลงในแคลอริมิเตอร์ แล้วใช้ปิเปตดูดน้ำกลั่น 1 cm3 เติมลงไป บันทึกอุณหภูมิที่คงที่

2.2.2. 2.ใช้กระบอกตวงขนาด 25 cm3 ตวงNaOH จำนวน 25 cm3

2.2.3. 3.เทสารละลายเบสลงในแคลอริมิเตอร์ ปิดฝา กวนตลอดเวลา และบันทึกอุณหภูมิ

2.2.4. 4.ชั่งแคลอริมิเตอร์เพื่อหาน้ำหนักของสารละลายผสมและหาอุณหภูมิผสมจากการพล็อตกราฟ จากนั้นคำนวณหาค่าความร้อนจำเพาะของแคลอริมิเตอร์

2.2.5. 5.ทำการทดลองซ้ำอีก 1 ครั้ง

2.2.6. 6.นำข้อมูลที่ได้ไปคำนวณหาความร้อนของปฏิกิริยาสะเทิน

2.3. ตอนที่ 3>>การหาความเข้มข้นของกรดแก่

2.3.1. 1.รับสารละลายกรดตัวอย่างจากเจ้าหน้าที่ บันทึกเลขหมายและสูตรเคมีของกรดตัวอย่าง

2.3.2. 2.ทำการทดลองตามวิธีในตอนที่ 2 แต่ใช้สารละลายกรดตัวอย่างแทน 5M HCL (กรดเป็นสารกำหนดปริมาณในปฏิกิริยาสะเทิน)

2.3.3. 3.คำนวณหาความเข้มข้นของสารละลายกรดตัวอย่าง (เป็นโมลาร์)

3. อุปกรณ์

3.1. สารเคมี

3.1.1. กรดไฮโดรคลอริก ความเข้มข้น 5M

3.1.2. โซเดียใฮดรอกไซด์ ความเข้มข้น 5M

3.2. เครื่องมือที่ใช้

3.2.1. เทอร์โมมิเตอร์ ขนาด 100๐ ซ

3.2.2. แท่งกวนแบบวงแหวน

3.2.3. ถ้วยพลาสติกหุ้มด้วยโฟม

3.2.4. บีกเกอร์ ขนาด 400 cm3

3.2.5. บีกเกอร์ ขนาด 50 cm3

3.2.6. ปิเปต ขนาด 1 cm3

4. วัตถุประสงค์

4.1. เพื่อหาค่าความจุความร้อนของแคลอริมิเตอร์

4.2. เพื่อหาค่าความร้อนของปฏิกิริยาสะเทินระหว่างกรดแก่กับเบสแก่

5. การทดลอง

5.1. ตอนที่ 1>>หาค่าความร้อนจำเพาะของแคลอริมิเตอร์

5.1.1. การทดลองนี้หาได้โดยนำน้ำร้อนผสมลงในน้ำเย็น

5.1.1.1. จากกฏทรงพลังงานอธิบายได้ว่า น้ำร้อนจะถ่ายเทความร้อนจำนวนหนึ่งลงในน้ำเย็นจนระบบมีอุณหภูมิเท่ากัน

5.1.1.2. จากการทดลองพบว่า ความร้อนที่น้ำเย็นได้รับมีค่าน้อยกว่าความร้อนที่น้ำคายออกมาเสมอ นั่นคือความร้อนส่วนที่หายไปถูกถ่ายเทให้แก่แคลอริมิเตอร์

5.1.2. ค่าความร้อนของแคลอริมิเตอร์ คำนวณได้จากสมการ

5.1.2.1. H1 = อุณหภูมิที่เปลี่ยนไป 1 X ค่าความร้อนจำเพาะของน้ำ X หนักของน้ำร้อน 1

5.1.2.2. H2 = อุณหภูมิที่เปลี่ยนไป 2 X ค่าความร้อนจำเพาะของน้ำ X หนักของน้ำร้อน 2

5.1.3. จากการทดลองถือว่าอุณหภูมิของแคลอริมิเตอร์เท่ากับอุณหภูมิน้ำเย็น

5.1.3.1. ปริมาณความร้อนที่แคลอริมิเตอร์ได้รับ = H1-H2

5.1.3.2. ค่าความจุความร้อนของแคลอริมิเตอร์ (mC)= (H1-H2)/อุณหภูมิที่เปลี่ยนไป2

5.1.3.2.1. m = มวลของแคลอริมิเตอร์ หน่วยเป็นกรัม

5.1.3.2.2. C =ค่าความร้อนจำเพาะของแคลอริมิเตอร์ หรือความจุความร้อนต่อกรัมของแคลอริมิเตอร์หน่วยเป็นแคลอรี/กรัม.องศาเซลเซียส

5.2. ตอนที่ 2>>หาค่าความร้อนจากปฏิกิริยาสะเทิน

5.2.1. ปฏิกิริยาสะเทินมักเกิด 2 ขั้นตอน

5.2.1.1. ปฏิกิริยาการแตกตัวของกรดและเบสในน้ำ

5.2.1.2. ปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนไออนและไฮดรอกไซด์ไออน ได้ผลิตภัณฑ์ออกมาเป็นน้ำ มีค่าเอนทาลปีที่เปลี่ยนแปลง = -13.7 kcal mol-1

5.2.2. สารละลาย NaCl ค่าความร้อนจำเพาะ คือ 0.860

5.2.3. สารละลาย Na2SO4 ค่าความร้อนจำเพาะ คือ 0.858

5.3. ตอนที่ 3>>การหาความเข้มข้นของกรดแก่

5.3.1. จากการทดลองที่ 2 เมื่อทราบค่าความร้อนของปฏิกิริยาสะเทินต่อโมลของน้ำ ก็สามารถหาปริมาณไฮโดรเจนไอออนในสารตัวอย่างได้ หลังจากนั้นำไปหาความเข้มข้นในหน่วยโมล่าร์ (M)