ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΦΥΣ. ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ  τ………………………………………………   …./…./200.

ΤΑΞΗ  Β΄     Ομάδα …     Ονοματ/μο μαθητ..      …………………………………………………

ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

Υπολογισμός θερμότητας αντίδρασης

Στόχοι   1. Να μετρηθεί η θερμότητα  κατά την :

                 α)  διάλυση ΝαΟΗ (s)  στο νερό   à                       +Q1

                 β)  αντίδραση ΝαΟΗ (aq)  +  HCl (aq)  à                +Q2

                γ)  αντίδραση ΝαΟΗ (s)  +  HCl (aq)  à                   +Q3

              2.  Nα επαληθευθεί ο νόμος του Hess             

Απαραίτητες γνώσεις  Σχολικό βιβλίο και Εργαστηριακός οδηγός (σελ. 33-35)

Πειραματική διαδικασία

1. Διάλυση στερεού ΝαΟΗ στο νερό

          Τοποθετούμε στο πλαστικό κύπελλο  200 ml νερό από τη βρύση και το ανακινούμε μερικά λεπτά για να αποκτήσει, περίπου, τη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Τοποθετούμε το θερμόμετρο στο καπάκι του ποτηριού. Ρυθμίζουμε το ύψος του θερμομέτρου ώστε  το θερμομετρικό δοχείο του να βρίσκεται, περίπου, στο μέσο της μάζας του νερού. Τοποθετούμε το καπάκι και ανακινούμε το ποτήρι μέχρι η θερμοκρασία του νερού, που δείχνει το θερμόμετρο, να μη μεταβάλλεται. Στον πίνακα Ι σημειώνουμε αυτή τη θερμοκρασία Τ₁ , με ακρίβεια 0.1⁰C . Επειδή το θερμόμετρο δεν διαθέτει υποδιαιρέσεις του 1⁰C η καταγραφή γίνεται κατ΄ εκτίμηση.

          Ζυγίζουμε στο ζυγό μικρή ποσότητα  στερεού ΝαΟΗ , περίπου 2g, στα γρήγορα, και τη ρίχνουμε στο κύπελλο. Ανακινούμε το ποτήρι, μέχρι να διαλυθεί όλο το στερεό, οπότε σταθεροποιείται  η θερμοκρασία του διαλύματος Τ₂, την οποία και καταγράφουμε.            

         Μεταφέρουμε στον πίνακα και την ακριβή τιμή της μάζας του ΝαΟΗ που ζυγίσαμε.

          Αδειάζουμε το περιεχόμενο του ποτηριού στο νεροχύτη και ξεπλένουμε καλά το νεροχύτη, το ποτήρι και το θερμόμετρο, για να προχωρήσουμε στο επόμενο πείραμα.

                                                            ΠΙΝΑΚΑΣ   Ι

2.   Εξουδετέρωση διαλύματος HCl  (0.5M)  από διάλυμα ΝαΟΗ (0.5Μ)

          Με τον ογκομετρικό κύλινδρο μετράμε ποσότητα 100ml διαλύματος HCl   και τη ρίχνουμε στο ποτήρι. Ξεπλένουμε καλά τον ογκομετρικό κύλινδρο και τοποθετούμε σ΄ αυτόν 100ml διαλύματος ΝαΟΗ. Ανακινούμε και τα δύο διαλύματα και μετράμε τις θερμοκρασίες τους, διαδοχικά με το θερμόμετρο, ξεπλένοντας κάθε φορά που μεταφέρουμε το θερμόμετρο από το ένα διάλυμα στο άλλο.

          Αν , μετά από μερικά λεπτά, οι θερμοκρασίες συνεχίζουν να διαφέρουν τις σημειώνουμε και στον πίνακα ΙΙ μεταφέρουμε, ως θερμοκρασία Τ₁, τη μέση τιμή τους.

          Αδειάζουμε το διάλυμα ΝαΟΗ στο ποτήρι και τοποθετούμε το καπάκι με το θερμόμετρο. Ανακινούμε το ποτήρι και παρακολουθούμε την αύξηση της θερμοκρασίας ,στο θερμόμετρο. Όταν αυτή σταματήσει να αυξάνεται τη σημειώνουμε στον πίνακα ως θερμοκρασία Τ₂

              Αδειάζουμε το περιεχόμενο του ποτηριού στο νεροχύτη και ξεπλένουμε καλά το νεροχύτη, το ποτήρι και το θερμόμετρο, για να προχωρήσουμε στο επόμενο πείραμα.

ΠΙΝΑΚΑΣ   ΙΙ

3.  Αντίδραση στερεού ΝαΟΗ με διάλυμα HCl     

        Με τον ογκομετρικό κύλινδρο μετράμε ποσότητα 100ml διαλύματος HCl  , τη ρίχνουμε στο ποτήρι  και το ανακινούμε μερικά λεπτά για να αποκτήσει, περίπου, τη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Τοποθετούμε το καπάκι με το θερμόμετρο και όταν σταθεροποιηθεί η ένδειξη θερμοκρασίας του διαλύματος την καταγράφουμε ως θερμοκρασία Τ₁ στον πίνακα ΙΙΙ.

          Ζυγίζουμε στο ζυγό ποσότητα  στερεού ΝαΟΗ , 2g, στα γρήγορα, και τη ρίχνουμε στο κύπελλο. Ανακινούμε το ποτήρι, μέχρι να διαλυθεί όλο το στερεό, και να ολοκληρωθεί η αντίδραση, οπότε σταθεροποιείται  η θερμοκρασία του διαλύματος Τ₂, την οποία και καταγράφουμε.           

          Αδειάζουμε το περιεχόμενο του ποτηριού στο νεροχύτη και ξεπλένουμε καλά το νεροχύτη, το ποτήρι και το θερμόμετρο.

ΠΙΝΑΚΑΣ   ΙΙΙ

Επανερχόμαστε στους πίνακες και εκτελούμε τους υπολογισμούς για την εύρεση της παραγόμενης θερμότητας και στα τρία πειράματα. Συγκρίνουμε τις τιμές:                                             

                     ΔΗ₁ +ΔΗ₂ =………                                        και ΔΗ₃ =……..

Τι αναμένουμε και τι  παρατηρούμε;  Αναφέρουμε πιθανές αιτίες των αποκλίσεων

…………………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………………………..

Οδηγίες για τους εκπαιδευτικούς

1.       Ως θερμιδόμετρο χρησιμοποιούμε το θερμομονωτικό κύπελλο διότι έχει καλύτερη μονωτική ικανότητα, είναι απλό, φθηνό και εύχρηστο και η μάζα του είναι αμελητέα , ώστε να μπορούμε να την παραλείψουμε κατά τους υπολογισμούς της παραγόμενης θερμότητας, κερδίζοντας χρόνο και απλουστεύοντας την Εργαστηριακή  Άσκηση.

2.       Για λόγους μηχανικής σταθερότητας καλύτερα είναι να τοποθετήσουμε το θερμομο-νωτικό κύπελλο μέσα σε ένα άλλο απλό πλαστικό , του ίδιου σχήματος, ή να χρησιμοποιή- σουμε δύο κύπελλα το ένα μέσα στο άλλο.

3.       Για θερμομόνωση το καπάκι πρέπει να είναι από φελιζόλ. , κατά προτίμηση πάχους 2cm, ώστε να στηρίζεται καλά και το θερμόμετρο. Με ένα καρφί ανοίγουμε μια τρύπα στο θερμομονωτικό καπάκι και περνάμε το θερμόμετρο.

4.       Η ζύγιση του στερεού ΝαΟΗ μπορεί να γίνει είτε με ηλεκτρονικό ζυγό , ακρίβειας 0,1 g, η με ζυγό διπλής ή τριπλής φάλαγγας, που έχει αυτή την ακρίβεια.

          Η ζύγιση του στερεού ΝαΟΗ πρέπει να γίνεται γρήγορα, διότι  απορροφά CO₂ από τον αέρα και παράγει νερό ( Εργαστηριακός Οδηγός σελ. 37 , § 3). Γι  αυτό κλείνουμε καλά το καπάκι από το δοχείο του στερεού ΝαΟΗ, κάθε φορά που το χρησιμοποιούμε.

5.        Επειδή οι μεταβολές θερμοκρασίας είναι μικρές, λίγοι ⁰C, προσπαθούμε, κατ΄ εκτίμηση να μετρήσουμε με ακρίβεια 0.1⁰C, αν και το θερμόμετρο έχει μόνο υποδιαιρέσεις ανά 1 ⁰C.

6.  Παρασκευή διαλυμάτων

          Αν  κάνουμε την άσκηση  μετωπικά σε 8 ομάδες χρειαζόμαστε 800 ml  διαλύματος ΝαΟΗ (0.5M)  και 1600 ml  διαλύματος HCl (0.5M).

         Για την παρασκευή  του δ. ΝαΟΗ  χρησιμοποιούμε ένα ογκομετρικό κύλινδρο 1000 ml  ή σφαιρική ( καλύτερα ογκομετρική, αν υπάρχει ) φιάλη 1000 ml   στην οποία ρίχνουμε 20g στερεού ΝαΟΗ και συμπληρώνουμε με νερό μέχρι τον όγκο 1000 ml. Αν το ΝαΟΗ είναι σε χονδρούς κόκκους, για τη γρήγορη διάλυσή του μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το μαγνητικό αναδευτήρα (όπου υπάρχει).

          Για την παρασκευή  του δ. HCl χρησιμοποιούμε ένα ογκομετρικό κύλινδρο 1000 ml  ή σφαιρική(καλύτερα ογκομετρική, αν υπάρχει) φιάλη 1000 ml   στην οποία ρίχνουμε 48 ml HCl του εμπορίου και συμπληρώνουμε με νερό μέχρι τον όγκο 1000 ml. (Θεωρούμε ότι το διάλυμα

HCl του εμπορίου έχει περιεκτικότητα 32% W/W  , η πυκνότητά του μετρήθηκε στο 1.18 g/ml).

Επαναλαμβάνουμε τη διαδικασία για την παραγωγή και άλλων 1000 ml   διαλύματος. Το διάλυμα που δεν θα χρησιμοποιηθεί φυλάσσεται για άλλα πειράματα και μπορεί να αραιωθεί.

7.  Σφάλματα

          Κατά τον έλεγχο ισχύος του Νόμου Hess θα διαπιστώσουμε απόκλιση, η οποία οφείλεται σε πολλούς λόγους.

          Στα πειράματα  2 και 3 εφόσον έχουμε εξουδετέρωση θα πρέπει το διάλυμα να είναι ουδέτερο. Αν όμως χρησιμοποιήσουμε πεχαμετρικό χαρτί, θα διαπιστώσουμε, το πιο πιθανό,  ότι αυτό δεν ισχύει, δηλαδή δεν έχει γίνει πλήρης εξουδετέρωση.

          Αυτή είναι μια αιτία σφαλμάτων που σχετίζονται με την ακρίβεια μέτρησης όγκων, μαζών και θερμοκρασιών, αλλά και την καθαρότητα του στερεού ΝαΟΗ και την περιεκτικότητα του αρχικού διαλύματος.

          Επίσης δεν λάβαμε υπόψη τη θερμοχωρητικότητα του «θερμιδομέτρου», διότι πρέπει να είναι πολύ μικρή.