ปฏิบัติการที่1 ความร้อนของปฏิกิริยา

1. วัตถุประสงค์

1.1. 1. เพื่อหาค่าควาทจุความร้อนของเเคลอริมิเตอร์(Calorimeter)

1.2. 2.เพื่อหาค่าความร้อนของปฏิกิริยาสะเทิน

2. หลักการ

2.1. แคลอรีมิเตอร์ (Calorimeter) เป็นการศึกษาที่เกี่ยวกับการเปลี่ยนเเปลงความร้อนในปฏิกิริยาเคมี ปฏิกิริยาเคมีเเบ่งออกเป็น 2 แบบ

2.1.1. ปฏิกิริยาแบบคายความร้อน(exothermic reaction)

2.1.2. ปฏิกิริยาแบบดูดความร้อน(endothermic reaction)

2.1.3. เครื่องมือที่ใช้เกี่ยวกับความร้อนที่เปลี่ยนเเปลงในปฏิกิริยา เรียกว่า แคลอริมิเตอร์ ในการทดลองนี้จะใช้แคลอริมิเตอร์ที่ประกอบด้วยเครื่องมือง่ายๆ คือถ้วยแก้วพลาสติกมีฝาปิดหุ้มด้วยถ้วยโฟมหรือไม้คอร์กเพื่อเป็นฉนวนป้องกันการสูญเสียหรือรับความร้อนจากภายนอกระบบ

2.2. พลังงานความร้อนในปฏิกิริยาเคมีที่เปลี่ยเเปลงนี้เรียกว่า ''ความร้อนที่เกิดจากปฏิกิริยา'' การวัดความร้อนทั่วไปสามารถทำได้2แบบ

2.2.1. 1.เมื่อกำหนดให้ปริมาตรคงที่ ปริมาณความร้อนที่วัดได้ = U เมื่อ U คือพลังงานภายในของระบบที่เปลี่ยนแปลง

2.2.1.1. ปฏิกิริยาคายความร้อน U กำหนดเป็นค่าลบ

2.2.1.2. ปฏิกิริยาดูดความร้อน U กำหนดเป็นค่าลบ

2.2.2. 2.เมื่อกำหนดให้ความดันคงที่ ปริมาณความร้อนที่วัดได้ = H เมื่อ H คือค่าเอนทาลปีของระบบที่เปลี่ยนเเปลง

2.2.2.1. ปฏิกิริยาคายความร้อน H กำหนดเป็นค่าบวก

2.2.2.2. ปฏิกิริยาดูดความร้อน H กำหนดเป็นค่าบวก

3. การคำนวณ

3.1. ตอนที่ 1

3.1.1. การหาค่าความจุความร้อนของเเคลอริมิเตอร์ หรือค่าสมมูลของน้ำของเเคลอริมิเตอร์

3.1.1.1. ค่าสมมูลของน้ำของแคลอริมิเตอร์ หมายถึงปริมาณความร้อนที่ทำให้แคลอริมิเตอร์ที่ใช้ในการทดลองมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น 1 องศา จากกฏทรงพลังงานอธิบายว่า น้ำร้อนจะถ่ายเทความร้อนจำนวนหนึ่งให้เเก่น้ำร้อนที่คายออกมาเสมอ นั่นคือความร้อนส่วนที่หายไปถูกถ่ายเทให้เเก่เเคลอริมิเตอร์ ดังนั้นก่อนการทดลองทุกครั้งจะต้องหาค่าความจุความร้อนของแคลอริมิเตอร์ก่อน

3.2. ตอนที่2

3.2.1. หาค่าความร้อนของปฏิกิริยาสะเทิน

3.2.1.1. ปฏิกิริยาสะเทิน เป็นปฏิกิริยาระหว่างกรดกับเบสได้ผลิตภัณฑ์ออกมาเป็นน้ำ มี 2 ขั้นตอน

3.2.1.1.1. 1.ปฏิกิริยาการเเตกตัวของกรดเเละเบสในน้ำ

3.2.1.1.2. 2.ปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนไอออน เเละไฮดรอกไซด์ไอออน ได้ผลิตภัณฑ์ออกมาเป็นน้ำมีค่า H= -1.37 ดังนั้นความร้อนจากปฏิกิริยาสะเทินจะเป็น

3.3. ตอนที่3

3.3.1. หาค่าคความเข้มข้นของปฏิกิริยาของกรดเเละเบส

3.3.1.1. จากการทดลองตอนที่ 2 เมื่อทราบค่าความร้อนของปฏิกิริยาสะเทินต่อโมลของน้ำในทำนองเดียวกัน การทดลองนี้ได้ข้อมูลในการหาความร้อนจากปฏิริยาสะเทินระหว่างสารละลายกรดตัวอย่างกับเบสเดิมในตอนที่ 2 และจากความรู้ในเรื่องปริมาณสารสัมพันธ์ ก็สามารถหาปริมาณไฮโดรเจนไอออนในสารตัวอย่างได้ หลังจากนั้นนำไปหาความร้อนในหน่วยโมลาร์ต่อไป

4. การทดลอง

4.1. สารเคมี

4.1.1. กรดไฮโดรคลอริกเข้มขน 5 โมล

4.1.2. โซเดียมไอดรอกไซก์ความดเข้มข้น 5 โมล

4.2. อุปกรณ์

4.2.1. เทอร์โมมิเตอร์ ขนาด 100องศาเซลเวียส

4.2.2. แท่งกวนแบบวงแหวน

4.2.3. ถ้วยพลาสติกหุ้มโฟม

4.2.4. บีกเกอร์

4.2.5. ปิเปต

4.3. วิธีการทดลอง

4.3.1. ตอนที่1

4.3.1.1. นำแคลอริมิเตอร์ชั่งเเละบันทึกน้ำหนัก ตวงน้ำเย็นใส่ชั่งน้ำหนักวัดอุณหภูมิภายในแคลอริมิเตอร์ ใช้เทอร์โมมิเตอร์อีกอันวัดอุณหภูมิน้ำร้อนที่ต้มไว้ นำน้ำร้อนมาใส่ในแคลอริมิเตอร์ ปิดฝากวนตลอดเวลาและบันทึกอุณหภูมิทุกๆ 10 วินที จนอุณหภูมิคงที่ นำแคลอริมิเตอร์ไปชั่งนำหนักเเล้วคำนวณหาค่าความร้อนจำเพาะ

4.3.2. ตอนที่2

4.3.2.1. ไขสารละลาย HCl จากบิวเรตลงในเเคลอริมิเตอร์ แล้วใช้ปิเปตดูดน้ำกลั่น 1.00 ซีซี ลงไปในแคลอริมิเตอร์ บันทึกอุณหภูมิ ใช้กระบอกตวง ตวง NaOH จำนวน 25.0 ซีซี เทสารละลายเบสลงในเเตลอริมิเตอร์ ปิดฝากวนตลอดเวลา บันทึกอุณหภูมิ ชั่งแคลอริมิเตอร์ แล้วนำไปหาค่าความร้อนจำเพาะ นำข้อมูลทีได้นำไปคำนวณหาความร้อนปฏิกิริยาสะเทิน

4.3.3. ตอนที่3

4.3.3.1. รับสารละลายกรดตัวอย่างมา บันทึกสูตรเคมีของสารละลายกรดตัวอย่าง ทำการทดลองใน วิธีตอน 2 แต่ใช้สารละลายกรดตัวอย่างเเทน HCl เเล้วคำนวณหาความเข้มข้นของสารละลายกรดตัวอย่างเเทน