خرید ارزان گزارش کار آزمایشگاه شیمی فیزیک ـ تجزیه 28 ص

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
دسته بندی : وورد
نوع فایل : Word (..docx) ( قابل ویرایش و آماده پرینت )
تعداد صفحه : 23 صفحه

قسمتی از متن Word (..docx) :

آزمایش 1 اندازه گیری آنتالپی خنثی شدن اسیدها و بازها اعضای گروه: جواد سلیمانی ـ حبیب مهرشاد مورخ: 14/ 7 / 84 تئوری: واحد گرما، کالری است و طبق تعریف 1، کالری مقدار حرارتی است که باید بوسیله یک گرم آب جذب شود تا درجه حرارت آن 1 درجه سانتیگراد بالا رود (گرمای ویژه آب 1Calg-1oC-1=). هر ماده در مقابل گرمای جذب شده ظرفیت حرارتی متفاوت از خود نشان می دهد و طبق تعریف، مقدار گرمای لازم برای گرم کردن یک گرم از هر ماده به اندازه یک درجه سانتیگراد ظرفیت حرارتی ویژه آن ماده نامیده می شود و ظرفیت حرارتی هر سیستم، مقدار گرمایی است که جذب می کند تا دمای آن 1 درجه سانتیگراد بالا رود. C=q/ΔT (1) C ظرفیت حرارتی، q مقدار گرمای جذب شده بر حسب کالری و ΔT تغییرات دما می باشد. اگر به یک سیستم مقدار گرما (q) داده شود، مقداری از گرما صرف بالا بردن دمای سیستم (افزایش انرژی داخلی سیستم، Δu) و بقیه صرف انجام کار (W) می شود. بنابراین: q= Δu+W اگر فرآیندی در حجم ثابت صورت گیرد، کاری انجام نمی شود: W=Pex ΔV Δv=0 W=0 در نتیجه در حجم ثابت: Δuqv (2) که qv همان گرمای ذوب شده، ولی در حجم ثابت برای گاز و یا برای سیستم های کندانسه که تغییرحجمی ثابت ندارد، می باشد. رابطه (1) را به صورت زیر می توان بیان نمود:
(3) که Cv ظرفیت حرارتی در حجم ثابت و برابر با تغییرات انرژی داخلی به تغییرات درجه حرارت در حجم ثابت می باشد. اگر فرآیندی در فشار ثابت صورت گیرد: W+PΔV ΔU=q-PΔV در فشار ثابت: H=U+PV → ΔH= ΔU + Δ(PV) = ΔU + PΔV+VΔP Δh= ΔU+PΔV ΔH=q-PΔV+PΔV → ΔH=qp (4) qp گرمای جذب شده در فشار ثابت و ΔH تغییرات آنتالپی سیستم نامیده می شود. با قرار دادن مقدار گرما در فشار ثابت، رابطه (1) نتیجه می شود:
(5) که Cp ظرفیت حرارتی در فشار ثابت بوده و برابر با تغییرات آنتالپی نسبت به تغییرات دما در فشار ثابت می باشد. آزمایش نشان می دهد که در موقع خنثی شدن محلول رقیق اسید قوی با محلول رقیق قلیایی قوی مقدار حرارت حاصل برای هر مول آب تقریباً ثابت است و ربطی به نوع اسید ندارد. HCL + NaOH → NaCl + H2O, ΔH=-13.68Kcal HCL + LiOH → LiCl + H2O, ΔH=-13.7Kcal HNO3 + KOH → KNO3 + H2O, ΔH=-13.87Kcal علت ثابت بودن حرارت خنثی شدن، این است که اسیدها و بازهای قو ی و نمک های آنها در محلول رقیق به صورت کاملاً یونیزه بوده و عمل خنثی شدن در حقیقت عبارت است از ترکیب یافتن یون هیدورژن با یون هیدروکسیل (OH-) و تولید یک مولکول آب. پس باید در عمل خنثی شدن ΔH حاصل برای یک مول آب ثابت باشد. معمولاً در 20 درجه سانتیگراد، مقدار آن را برابر 7/13- کیلوکالری می گیرند و می توان نوشت: H+ + OH- → H2O ΔH = -13.7 Kcal و این عبارت است از آنتالپی تشکیل یک مول آب از یون های OH-, H+، اما در خنثی شدن اسید ضعیف با باز قوی یا باز ضعیف یا اسید قوی و یا اسید ضعیف یا باز ضعیف، حرارت حاصل از مقدار فوق کمتر است. همانطوری که از مثال های زیر پیداست: ΔH: خنثی شدن قلیا اسید -13.3Kcal سود سوزآور اسیداستیک -12Kcal آمونیاک اسیداستیک -3.8Kcal سود سوزآور اسید سولفیدریک -1.3Kcal آمونیاک اسید سیانیدریک در این مثال ها، خنثی شدن تنها ترکیب یافتن H+ با یون OH نیست، بلکه باید قبلاً اسید یا قلیای ضعیف به صورت دیسوسیه شده درآید تا یون OH-, H+ حاصل شود. حرارت اندازه گرفته شده، عبارت است از مجموع حرارت یونیزاسیون اسید یا قلیای ضعیف و حرارت خنثی شدن. مثلاً در خنثی شدن اسید سیانیدریک با سود سوزآور واکنش کلی عبارت است از: HCN + NaOH → NaCN + H2O ΔH=2.9KCal که در حقیقت مجموع دو واکنش زیر است: HCN → H+ + CN- ΔH=x H+ + NaOH → Na+ + H2O ΔH=-13.7KCal پس مطابق قانون هس (جمع پذیری آنتالپی تحولات) آنتالپی یونیزاسیون HCN برابر است با: x – 13.7 = -2.9Kcal x = 10.8KCal یعنی برای اینکه یک مول اسیدسیانیدریک به یون های متشکله دیسوسیه شود، 8/10 کیلوکالری حرارت لازم است (از یونیزاسیون مختصر HCN در محلول آبی رقیق صرف نظر می شود). روش کار: ابتدا یک لیتر محلول سود 2/0 نرمال و 250 میلی لیتر اسیدکلریدریک 8/0 نرمال و 250 میلی لیتر اسیداستیک 8/0 نرمال تهیه نمایید. نرمالیته هر یک را توسط سود استاندارد 1/0 نرمال در مجاورت فنل فتالئین بدست آورید. درجه حرارت هر یک از محلول ها را توسط یک دماسنج معمولی 100-0 درجه سانتیگراد تعیین کنید. چنانچه دمای آنها بیشتر از دمای آزمایشگاه باشد، آنها را زیر شیر آب سرد قرار دهید تا به دمای آزمایشگاه برسند. همچنین دمای محلول ها باید یکسان باشند. چنانچه دمای محلول ها برابر دمای آزمایشگاه و دمای یکدیگر نباشد، خطای بسیار زیادی در گرمای خنثی شدن پیش خواهد آمد (چرا؟). کالریمتر مورد استفاده شامل یک کالریمتر و یک دماسنج معمولی می باشد. بمب کالریمتر را خش و تمیز نمایید. دقیقاً معادل 400 میلی لیتر سود 2/0 نرمال را توسط یک استوانه مدرج به داخل بمب منتقل نمایید. دماسنج را وارد بمب نموده و دما را یادداشت کنید. دقیقاً معادل100 میلی لیتر اسید کلریدریک 8/0 نرمال را توسط یک استوانه مدرج به داخل بمب کالریمتر اضافه کنید. مشاهده خواهید کرد که به محض مخلوط شدن اسید و باز، واکنش خنثی شدن و ایجاد گرما شروع می شود و دماسنج بالا رفتن درجه حرارت سیستم را نشان می دهد. افزایش دما در ابتدا بسیار سریع و به تدریج آهسته و بالاخره متوقف می شود و بعداً شروع به پایین آمدن می نماید (چرا؟). آزمایش فوق را عیناً برای اسید استیک و سود تهیه شده تکرار نمایید. دقت کنید که وسایل مورد استفاده در قسمت دوم حتماً همان هایی باشد که در قسمت اول آزمایش بکار گرفته شده است. محاسبات: تغییرات درجه حرارت بر حسب درجه سانتیگراد را در دو قسمت آزمایش تعیین کنید. با توجه به رابطه (1)، برای قسمت اول آزمایش، ظرفیت حرارتی کالریمتر (ارزش آبی کالریمتر) محاسبه نمایید. توجه داشته باشید که گرمای خنثی شدن هنگامی برابر با 13700 کالری است که باز و اسید بکار رفته در هر یک برابر با یک مول باشد، در غیر اینصورت مسلماً مقدار گرمای ایجاد شده متفاوت با آن است. در مرحله دوم آزمایش، ظرفیت حرارتی کالریمتر در قسمت اول مشخص شده است. این بار با استفاده از رابطه (1) گرمای خنثی شدن را بدست آورده و سپس آن را برای خنثی شدن یک مول اسیداستیک و سود محاسبه کنید. حرارت حاصل را با مقدار 13700 کالری مقایسه و آن را تفسیر کنید. آزمایش 2: تعیین جرم مولکولی بوسیله تقطیر بخار آب اعضای گروه: جواد سلیمانی ـ حبیب مهرشاد مورخ: 27/ 7 / 84 تئوری انحلال بعضی از مایعات در یکدیگر آنقدر ناچیز است که می توان آنها را عملاً غیرقابل حل در یکدیگر تلقی نمود. البته باید فراموش کرد که عدم انحلال مطلق دو مایع در یکدیگر صحیح نمی باشد. در چنین سیستم هایی هر مایع از لحاظ فشار بخار جزئی مربوط به طور مستقل عمل کرده و لذا فشار بخار کل برابر می شود با مجموع فشار دو یا چند مایع غیرقابل حل که سیستم را تشکیل می دهند. بدین ترتیب ترکیب فاز بخار به آسانی قابل محاسبه است. اگر سیستمی مرکب از دو مایع باشد و Pa, Pb به ترتیب نمایش فشار بخار مایعات P, a, b فشار بخار کل باشد، رابطه زیر برقرار است: P=Pa+Pb (1) هر مایع موقعی خواهد جوشید که فشار برابر با فشار اتمسفر شود. به همین ترتیب دو مایع غیرقابل حل نیز هنگامی که فشار بخار آنها برابر با فشار آتمسفر می شود، به جوش می آید (نقطه جوش مخلوط پایین تر از نقطه جوش مایع دیرجوش تر واقع می گردد). چون فشار بخار کل مستقل از مقدار نسبی دو مایعی است که سیستم تشکیل می دهد و بنابراین در نقطه جوش ترکیب فاز بخار و ترکیب مایع مقطر مادام که در ظرف تقطیر هر دو مایع وجود دارد، دما ثابت باقی خواهد ماند. هنگام جوش درجه حرارت ثابت باقی می ماند، اما به محض تمام شدن یکی از دو ماده نقطه جوش مایع به سمت نقطه جوش مایع باقی مانده میل کرده و این عمل با سرعت زیاد اتفاق می افتد. با توجه به رابطه (1) ملاحظه می شود که نقطه جوش مخلوط دو مایع غیرقابل حل، پایین تر از هر یک از دو مایع به تنهایی است، زیرا همانطور که ذکر شد، فشار بخار هر یک مستقل از دیگری عمل می کند و اگر na و این nb تعداد مول های دو مایع بخار شده و xa, xb مول جزئی هر یک آن دو باشد، طبق قانون فشارهای جزئی دالتون می توان روابط زیر را بیان نمود: Pa= xa.P=na/n.P (2) Pb= xb.P=na/n.P (3) که P و n فشار بخار کل و مول کل می باشد. از تقسیم دو رابطه فوق بر هم، نتیجه می شود: Pa/Pb=(na/n.P)/nb/n.P)=na/nb (4) تعداد مول برابر است با جرم، تقسیم بر جرم مولکولی، از این رو: Pa/Pb=(Wa/Ma)/(Wb/Mb) (5) که Wa, Wb جرم هر یک از دو بخار و Ma, Mb جرم مولکولی هر یک از آنها می باشد. Wa/Wb=Pa.Mb/Pb.Mb (6) چنانچه Pb فشار بخار آب باشد، با مشخص شدن فشار جزئی بخار آب در نقطه جوش می توان جرم مولکولی ماده a را تعیین نمود. فشار بخار آب در دماهای مختلف به صورت جداولی در کتاب شیمی فیزیک وجود دارد و در آزمایشگاه نیز جدولی به این منظور فراهم گردیده است. در این آزمایش، یک مایع آلی که غیرقابل حل در آب است، توسط بخار آب تقطیر می شود. می توان به جای آب از مایع دیگری استفاده نمود، اما به علت فراوانی و ارزانی معمولاً برای تعیین جرم مولکولی با این روش از آب استفاده می شود. برای اینکه تقطیر توسط بخار آب با بهره بالا همراه باشد، شرایط زیر لازم است: وزن مولکولی مایع موردنظر خیلی بزرگتر از آب باشد. مایع موردنظر در آب کاملاً غیرقابل حل باشد. فشار بخار مایع موردنظر در حوالی 100 درجه سانتیگراد قابل ملاحظه باشد. روش کار: 4/3 ظرف تولید بخار را از آب مقطر پر نمایید و طبق شکل 1، دستگاه را سوار کنید. حدود 180 میلی لیتر مایع آلی مجهول همراه با 25 میلی لیتر آب در بالن دو دهانه بریزید. یک لوله شیشه ای برای ثابت بودن فشار بخار آب در ظرف تولید بخار نصب کنید. جریان آب را به مبرد وصل نموده و ظرف آب مقطر را حرارت دهید. حرارت وارده، آب را بخار نموده و بخار آب از طریق لوله رابط به بالن دو دهانه جریان یافته و باعث جوش و بالاخره تقطیر مخلوط آب و ماده آلی می شود. حدود 15 میلی لیتر ماده تقطیر شده در آغاز آزمایش را جدا کرده و در یک دیکانتور بریزید (چرا؟). پس از رسیدن سیستم به دمای ثابت، دما را یادداشت کنید. 100 میلی لیتر از مایع تقطیر شده را در یک استوانه مدرج 100 میلی لیتری جمع آوری نمایید. مایع جمع آوری شده مخلوطی از ماده آلی و آب می باشد که به ترتیب جرم مخصوص بر روی یکدیگر قرار می گیرند. آن را مدتی به حالت سکون نگهدارید تا کاملاً از یکدیگر جدا شوند. حجم هر فاز را تعیین کنید. همچنین فشار آزمایشگاه و فشار بخار آب را از روی جدول و دانسیته ماده آلی مجهول را یادداشت نمایید. محاسبات: با مشخص بودن حجم ماده آلی و آب تقطیر شده و دانسیته هر یک، جرم آنها را محاسبه کنید. همچنین با تعیین دمای جوش و فشار بخار آب در این درجه حرارت و با مشخص بودن فشار کل از بارومتر، فشار بخار مایع آلی را محاسبه کنید. با استفاده از رابطه (6)، جرم مولکولی ماده آلی را تعیین کنید. آزمایش 3 اندازه گیری گرمای انحلال (به روش حلالیت) اعضای گروه: جواد سلیمانی ـ حبیب مهرشاد مورخ: 28/ 7 / 84 تئوری: