Опыт 4.2 Определение эквивалента карбоната кальция

Для определения эквивалента карбоната кальция проводят реакцию

СаСО₃ + 2HС1 ——→ СаС1₂ + СО₂ + Н₂О

Для ускорения реакции ее проводят при повышенной температуре. Кроме того нагревание предотвращает об­разование растворимого в воде гидрокарбоната кальция Са(НСО₃)₂ (он нестабилен при повышенной темпера­туре). Наличие в растворе гидрокарбоната приведет к ошибке, так как при вычис­лении эквивалента предпо­лагается, что в реакции образуется СO₂, а не гидро­карбонат (эквивалент СаСОз в реакции образо­вания гидрокарбоната в два раза больше, чем при обра­зовании СО₂).

Берут определенное ко­личество хлористоводород­ной кислоты и избыток кар­боната кальция. Опреде­ляют количество СаСОз, вступившего в реакцию, и, считая известным эквивалент HCl, вычисляют эквива­лент СаСОз.

Для отделения непрореагировавшего карбоната кальция используют стеклянный фильтр. Он представ­ляет собой цилиндр или воронку с впаянной пластин­кой из пористого стекла. В зависимости от размера пор фильтрам присваивают номера 1, 2, 3 и 4; наиболее мелкие отверстия у фильтра № 4. Следует иметь в виду, что стеклянные фильтры нельзя быстро нагревать и охлаждать, они лопаются в месте спая пористой сте­клянной пластинки.

Выполнение работы. В лабораторном журнале за­писывают форму протокола опыта, в которую в ходе работы вносят получаемые данные:

 

Масса карбоната кальция, взятого для реакции —

Объем хлористоводородной кислоты, взятый для реакции —

Титр хлористоводородной кислоты —

Масса НС1 в растворе —

Масса пустого стеклянного фильтра —

Масса стеклянного фильтра с карбонатом кальция —

Масса карбоната кальция, (не вступившего в реакцию)—

Масса карбоната кальция, вступившего в реакцию —

Эквивалент карбоната кальция —

Погрешность (в %) —

В бюксе или на часовом стекле взвешивают несколь­ко кусочков (~1,5 г) мрамора, переносят их в кониче­скую колбу емкостью 100 мл и добавляют из бюретки определенный объем хлористоводородной кислоты (ука­занный преподавателем). Колбу с СаСО₃ и кислотой выдерживают в сушильном шкафу 30 мин при 70 °С. Окончание реакции СаСО₃ с кислотой устанавливают по прекращению выделения пузырьков СО₂.

Взвешенный сухой стеклянный фильтр № 1 закреп­ляют в резиновом кольце, вставляют его в горло колбы Бунзена, присоединяют колбу к водоструйному насосу и включают насос. Выливают реакционную смесь из колбы на стеклянный фильтр. Водой из промывалки тщательно смывают оставшиеся в колбе ку­сочки СаСОз на фильтр. Содержимое фильтра 2—3 раза промывают дистиллированной водой. Фильтр с осадком сушат в сушильном шкафу при 110°С, охлаждают и взвешивают.

Вычисляют эквивалент карбоната кальция. Для этого, исходя из объема взятой хлористоводородной кислоты и ее титра, вычисляют количество кислоты m_HCl, вступившее в реакцию. По разности масс фильтра с СаСОз и пустого фильтра находят массу СаСОз, остав­шегося после реакции. Зная массу взятого СаСОз, находят массу вступившего в реакцию карбоната каль­ция m_CaСО3.  По уравнению

 

 

                  M(f_ЭКВ(CaCO₃)CaCO₃)     m(CaCO₃)

                 —————————— = —————

                      M(f_ЭКВ(HCl)HCl)             m(HCl)

вычисляют молярную массу эквивалента карбоната кальция M(f_ЭКВ(CaCO₃)CaCO₃). Молярную массу экви­валента хлористого водорода M(f_ЭКВ(HCl)HCl) находят по его форму­ле, исходя из атомных масс элементов.

Исходя из атомных масс, по формуле рас­считывают точное значение M(f_ЭКВ(CaCO₃)CaCO₃) и вычисляют погреш­ность определения.

 

Лабораторная работа № 3. Тепловые эффекты химических реакций

Приборы и реактивы: Калориметр, мерный ци­линдр вместимостью 200 мл, технохимические весы, фарфоровая чашечка. Карбонат натрия кристаллогидрат. Сульфат натрия кристаллогидрат. Сульфат магния кристал­логидрат. Магний (кусочки). Растворы: серной кислоты (1 н.), хлороводород­ной кислоты (1 н.), азотной кислоты (1 н.), гидроксида натрия (1 н.), гидроксида калия (1 н.).

 

Все опыты по определению энтальпии химических реакций проводятся в калориметрах различных конструкций, которые представляют собой возможно лучше изолированный от тепло­обмена с внешней средой сосуд с мешалкой и термометром. Для работ по курсу общей химии рекомендуется применять сосуд Дьюара или упрощенный калориметр (рисунок 1), состоящий в схе­матическом изображении из двух стаканов: наружного 1 вме­стимостью 500 мл и внутреннего 2 реакционного вместимостью 250 мл. Внутренний стакан помещается на подставку 3 из орга­нического стекла или пробки. Сверху реакционный стакан закры­вается крышкой 4 из оргстекла с тремя отверстиями: для во­ронки 5, проволочной мешалки 6 и термометра 7 с ценой деле­ния 0,1 °С.

Количество теплоты, выделяющейся или поглощающейся в ка­лориметре, определяется по формуле:

                                    (1)

где t _к — конечная температура,

t _н— начальная температура;

Σ С — теплоем­кость системы, слагающаяся из теплоемкости калориметрического сосуда, ка­лориметрической жидкости и вещества.

Теплоемкость системы

Σ C = C ₁ m ₁ + C ₂ m ₂

где С ₁и т ₁— удельная теплоемкость и масса ре­акционного сосуда;

   C ₂и т ₂— те же величины для жидкости, находящейся в калориметре (сумма массы воды и массы растворенного вещества).

При использовании стеклянного ре­акционного сосуда теплоемкостью калориметрического сосуда можно пренебречь из-за его малой теп­лопроводности. Удельную теплоемкость растворов и их плотность можно принять равными этим величинам для воды, т. е. удельная теплоемкость равна 4,2 кДж/(кгּК), а плотность равна единице. Тогда уравне­ние (1) примет вид  

Пересчет теплового эффекта на 1 моль вещества (Q_м) произво­дится по формуле

                                                                                                                (2)

Следовательно энтальпия равна

                                                                   (3)

где М — мольная масса растворяемого вещества; 

  т — навеска вещества, г.

Все работы по определению энтальпии химических процессов следует проводить в одинаковой последова­тельности. Поместить в реакционный сосуд измеренный мензур­кой объем воды или раствора и дождаться выравнивания темпе­ратуры калориметра и окружающей среды, для чего, выждав предварительно 3—5 мин, записывать показания термометра в те­чение 3 мин с интервалом в 1 мин. Убедившись, что температура практически не меняется, принять ее за t _н.

Затем внести через сухую воронку взвешенное на химико-тех­нических весах или измеренное в мензурке количество реагиру­ющего вещества, и, непрерывно перемешивая раствор мешалкой, измерять температуру через 30 с до плавного изменения темпера­туры или ее постоянства (обычно 3—4 мин). После этого продол­жать измерения через 1 мин в течение еще 3 мин. Результаты на­блюдений записывать в таблицу:

 

Время от начала опыта (t, с.)	-60	-40	-20	0	20	40	60	90	100	…
Температура, Т ºС

 

Построить график изменения температуры со временем на клетчатой или миллиметровой бумаге, отложив на оси ординаттемпературу, а на оси абсцисс — время в секундах. На рисунке 2 при­веден примерный вид этого графика. Произвести экстрапо­ляцию плавного линейного хода температуры конечного периода к моменту начала реакции. Эта величина представляет собой t _к -  конечную температуру процесса с учетом теплообмена калориметра с окружающей средой. Таким образом определяется необ­ходимая для всех расчетов величина .

 

Опыт № 1. Определение энтальпии реакции присоединения кристаллизационной воды к безводной соли (энтальпия гидратации)

 

Получить у преподавателя безводную соль и ее кристаллогидрат. Налить в реакционный стакан мерным цилиндром 25 мл дистиллированной воды. Взвесить на листе бумаги на технохимических весах (с точностью до 0,02 г) 1,5—2 г безводной соли, выданной преподавателем, и быстро всыпать соль в калориметрический сосуд. Вести опыт, как ука­зано выше.

Такой же опыт провести с кристаллогидратом данной соли.