Oppgave 2. Bestemmelse av partielle molare entalpier

Transkript

1 Oppgave 2 Rom C2-107 Gruppe 45 Kasper Linnestad & Anders Leirpoll kasper1301@gmail.com anders.leirpoll@gmail.com

2 1 Sammendrag Hensikten med dette forsøket var å bestemme den molare blandingsentalpien for og vann. Blandingsentalpien til ble beregnet til, mens den partielle molare entalpien til vann ble bestemt til å være. Metoden som ble brukt i eksperimentet var kalorimetri, og beregningene ble utført ved hjelp av regresjon.

3 2 Innhold Sammendrag Innledning Apparatur Eksperimentelt Resultater Utregninger Varmekapasiteten til kalorimeteret Plott av blandingsentalpi Blandingsentalpien for kaliumnitrat Blandingsentalpien for vann Blandingsentalpien for kaliumnitrat ved uendelig fortynning Konklusjon... 6 Symboler... 7 Litteratur

4 3 1 Innledning Eksperimentet ble utført som i laboratorieheftet [1]. I dette forsøket er formålet å bestemme de partielle molare entalpiene til vann og kaliumnitrat som en funksjon av sammensetning og temperaturvariasjon ved hjelp av et kalorimeter. 2 Apparatur Figur 1: Kalorimeter for måling av blandingsvarme [1]. Komponenter: A Digitaltermometer, B Motor til rører, C trakt, D spenningskilde, E pleksiglass, F lokk av isopor, G dewar-kar, H/I varmespiral, J rører, K termistor. 3 Eksperimentelt Det ble veid ut porsjoner tørket i plastbegre på analysevekt. Dewar-karet (G) ble fylt med destillert vann, og motoren (B) ble slått på. Temperaturen ble avlest, og deretter ble saltporsjon tilsatt ved hjelp av trakten. Konstant temperatur ble avlest. Saltporsjon ble tilsatt på tilsvarende vis. Videre ble spenningskilden slått på i og konstant temperatur ble avlest. Deretter ble saltporsjon tilsatt, og spenningskilden ble slått på i mellom hver tilsats. Tilslutt ble plastbegrene veid. Etter forsøket ble spenningen og motstanden avlest fra henholdsvis spenningskilden og varmespiralen.

5 4 4 Resultater Måleresultatene er gitt i Tabell 2: Måleresultater i vedlegg A. Konstantene brukt i utregningene er gitt i Tabell 3 i vedlegg A. 4.1 Utregninger Varmekapasiteten til kalorimeteret Fra termodynamikkens første lov ved konstant trykk gjelder; er gitt ved ligning ( ) i laboratorieheftet; innsatt i gir uttrykket for varmekapasiteten; Dette er regnet ut i Microsoft Excel for de forskjellige verdiene av, se Tabell 4, vedlegg B. Gjennomsnittet av de forskjellige verdiene for ble brukt videre i utregningene.

6 Δ mix H/n akk (KNO 3 ) [J/mol] Kasper Linnestad & Anders Leirpoll Plott av blandingsentalpi Her er for tilsats regnet ut ved hjelp av termodynamikkens første lov på formen; Videre er Tilsvarende er gitt ved rekursjonsformelen; gitt som; Alt dette, samt er regnet ut i Microsoft Excel og gitt i Tabell 5 i vedlegg B f x x 6 x 5 x 4 x x x , , , , , , ,30000 Figur 2: Plott av blandingsentalpien over antall mol kaliumnitrat akkumulert mot antall mol kaliumnitrat akkumulert, sammen med regresjonspolynomet av sjette grad,. Dette plottet virker svært unøyaktig fordi det er store variasjoner i, og regresjonen blir svært unøyaktig, selv med et sjettegradspolynom Blandingsentalpien for kaliumnitrat er gitt i ligning i laboratorieheftet som; n akk [mol] Bruker regresjonsuttrykket i Figur 2 til å regne ut; Dette er gjort i Maple, og er gitt i Figur 3 i vedlegg C. I Microsoft Excel er regnet ut for hvert målepunkt og er blitt regnet ut for hvert av punktene ved verdiene for innsatt i. Dette er gitt i Tabell 6 i vedlegg B. Gjennomsnittet,, fås da som;

7 6 Merk at usikkerheten i denne verdien er svært stor fordi regresjonen gir svært varierende verdier for som bidrar til store variasjoner i verdiene for Blandingsentalpien for vann er gitt ved ligning i laboratorieheftet som; Dette er regnet ut Microsoft Excel for hver verdi av med tilhørende og er gitt i Tabell 7 i vedlegg C. Gjennomsnittet, blir dermed; Usikkerheten i dette tallet er svært stor som en følge av den store variasjonen i Blandingsentalpien for kaliumnitrat ved uendelig fortynning er gitt som og regresjonen i Figur 2, f, gir en tilnærming for dette; f 5 Konklusjon Den partielle molare entalpien til kaliumnitrat ble ved bruk av kalorimetri bestemt til å være, mens den partielle molare entalpien til vann ble bestemt til å være. Den partielle molare entalpien for kaliumnitrat ved uendelig fortynning ble anslått til å være. Anders Leirpoll Trondheim Kasper Linnestad Trondheim

8 7 Symboler Tabell 1: Symboler brukt i rapporten. Symbol Dimensjon Betegnelse Varmekapasitet Entalpiendring ved Molar blandingsentalpi for vann Molar blandingsentalpi for Blandingsentalpi Masse Stoffmengde akkumulert Stoffmengde Stoffmengde Varme Resistans Temperatur Temperaturendring Tid Spenning Litteratur [1] S. Kjelstrup, Prosjekter i fysikalsk kjemi grunnkurs, 7. red., Trondheim: Tapir akademiske forlag, 2011, pp [2] G. Aylward og T. Findlay, SI Chemical Data, 6. red., Milton: John Wiley & Sons Australia, Ltd, 2008, pp. 42, 66.

9 8 A Tabell 2: Måleresultater Starttemperatur [ ] [ ] [ ] Tabell 3: Konstanter Konstant [2] [2] Verdi

10 9 B Tabell 4: Utregnet varmekapasitet for forskjellige verdier av. [ ] [ ] Tabell 5: utregnede verdier for, og [ ] [ ] [ ] Tabell 6: Utregning av for gitt for hver [ ] [ ] [ ]

11 10 C Tabell 7: Utregnede verdier for [ ] Figur 3: Utklipp fra Maple derivasjon av

12 11 D