J . S o p o u š e k ú l o h a
/17/
3.a-c
3. Termochemická měření
3.a. Stanovení neutralizačního a zřeďovacího tepla
Při neutralizaci vodných roztoků kyselin roztoky zásadami dochází k elementární
reakci disociovaných iontů:
OHOHH 2→+ −+
molKJAtmCHr /321.57)1,25( −=°∆ (3.1.)
Avšak skutečně uvolněné teplo při neutralizaci (tj. celková změna entalpie neutrH∆ )
silných kyselin silnými zásadami je ovlivněno i dalšími efekty, například teplem
zřeďovacím zřH∆ . Navíc při neutralizaci slabých kyselin či slabých zásad se spotřebuje
určité množství energie na disociaci vedoucí k uvolnění iontů [H+
] či [OH]
. Proto je
výsledný pozorovaný neutralizační tepelný efekt neutrH∆ ovlivněn teplem disociačním
slabé kyseliny či zásady disH∆ :
diszřrneutr HHHHH ∆+∆+∆=∆=∆ (3.2.)
Celkové množství uvolněného tepla Q při neutralizaci v kalorimetru zjistíme ze vzestupu
teploty v kalorimetru podle vztahu:
HTCQ ∆−=∆⋅= (3.3.)
kde ∆T je vzestup teploty při neutralizaci, C je tzv. tepelná kapacita kalorimetru, která
udává množství tepla potřebného k zahřátí kalorimetrické soustavy o 1
o
C. V případě
experimentu s vodnými roztoky je konstanta C závislá především na obsahu vody (𝑐𝑐𝐻𝐻2 𝑂𝑂
𝑝𝑝
)1,25( AtmC° =4,1796 J K-1
kg-1
).
Kapacitu kalorimetru stanovíme tak, že změříme vzestup teploty ∆T' v kalorimetru po
dodání tepla QE vzniklého průchodem proudu I topným elektrickým odporem
ponořeným v náplni kalorimetru.
C
Q
T
E I t
T
E
=
′
=
⋅ ⋅
′∆ ∆
(3.4.)
kde E je napětí na svorkách odporového topení a t je doba průchodu proudu I.
ÚKOL: Stanovte neutralizační a zřeďovací teplo silné (HCl) a slabé kyseliny (kys.
octové) při reakci se silnou zásadou (NaOH). Určete reakční teplo při neutralizaci
silné kyseliny silnou zásadou. Odhadněte disociační teplo slabé kyseliny.
POTŘEBY A CHEMIKÁLIE: Dewarova nádoba, teplotní čidlo s měřičem teploty
a obslužným PC, rotační el. míchadlo, topné tělísko ve skleněném pouzdře,
dávkovač (10 cm3
), ampérmetr, voltmetr, reostat, spínač. Pipety (10 a 50 cm3
), 2M HCl,
2M CH3COOH (HAc), 0,1M NaOH, fenolftalein.
SESTAVENÍ APARATURY: Sestavíme jednoduchý kalorimetr dle OBR. 5 Jako nádoba
kalorimetru je použita Dewarova nádoba o obsahu asi 500 cm3
, kterou budeme
při práci plnit roztokem 0,1M NaOH nebo vodou dle toho, jaký tepelný efekt budeme
sledovat. Do nádoby je vyvedena hadička od dávkovače s 2M kyselinou HCl nebo HAc.

?


ú l o h a J . S o p o u š e k
/18/
3.a-c
POSTUP:
1. Příprava dávkovače kyseliny. Poněvadž
trubičky dávkovače mají nezanedbatelný
objem, zůstává v nich vždy určité množství
vzduchu nebo kapaliny. Před
kalorimetrickým měřením, proto několikrát
nastavenou dávku (10 cm3
) zvolené 2M
kyseliny nadávkujeme do odpadu.
V trubičkách nesmí být vzduchové bubliny.
Je-li třeba, zjistíme přesné množství
kyseliny v dávce titrací na roztok hydroxidu
známé koncentrace.
2. Stanovení neutralizačního tepla neutrH∆ silné
kyseliny (HCl) a konstanty kalorimetru C.
Dewarovu nádobu kalorimetru naplníme
0,1M NaOH o objemu, který bude třeba
k neutralizaci později nadávkované
kyseliny (tj. budeme-li dávkovat přesně
10ml 2M HCl, pak použijeme 200ml 0,1M
NaOH). Do zátky kalorimetru vložíme
míchadlo, kapiláru dávkovače kyseliny, topné tělísko a čidlo měřiče teploty. Zapneme
míchadlo. Během co nejkratšího časového intervalu mezi zapnutím a vypnutím si
nastavíme reostatem proud, který bude protékat topným tělískem, na vhodnou
hodnotu (0,5 A).
Na obslužném PC spustíme program pro
odečet a záznam teploty v kalorimetru
a zahájíme sběr dat o teplotě v kalorimetru.
Zaznamenáváme teplotu v kalorimetru při
jeho počáteční relaxaci (cca 5-7 min) a po
nadávkování 10ml 2M HCl (cca 4 min). Pak
zapneme topné tělísko a s přesností 1 sec
zaznamenáme čas počátku ohřevu
z displeje PC. Zapíšeme si napětí a proud
protékající obvodem. Po vzestupu teploty
o cca 0,7ºC zahřívání vypneme a opět
zapíšeme přesný čas z PC. Sestavu
ponecháme dále relaxovat ještě 10 minut a
měření ukončíme. Získáme tak záznam
závislosti podobný jako na OBR. 6. Po
ukončení měření vyprázdníme
a vypláchneme kalorimetr.
3. Stanovení zřeďovacího tepla ∆Hzř včetně
konstanty kalorimetru C. Do kalorimetru
odměříme tolik cm3
vody, kolik jsme použili
v předešlém stanovení 0,1M NaOH.

OBR. 5: Sestava jednoduchého
kalorimetru. D – kapilára dávkovače, T –
teplotní čidlo, M - míchadlo, H - topení, V voltmetr
A - ampérmetr, R - reostat, B zdroj
stejnosměrného napětí, MT - měřič
teploty.
OBR. 6: Závislost teploty na čase
při neutralizaci silné kyseliny silným
hydroxidem včetně dalšího průběhu
při stanovení tepelné kapacity
kalorimetru.
J . S o p o u š e k ú l o h a
/19/
3.a-c
Připravíme si dávkovač s 2M HCl a postupujeme stejně jako v předcházejícím
bodě 2.
4. Stanovení neutralizačního a zřeďovacího tepla slabé kyseliny (HAc). Postupujeme
zcela stejným způsobem, jako při práci se silnou kyselinou, včetně stanovení tepelné
kapacity kalorimetru a zřeďovacího tepla.
ZPŮSOB VYHODNOCENÍ VÝSLEDKŮ: Vybrané lineární části závislosti teploty
v kalorimetru na čase proložíme pomocnými přímkami dle OBR. 6 a provedeme co
nejpřesněji odečet hodnot ∆T a T′∆ pro jednotlivé experimenty. Je-li k dispozici vhodný
SW provedeme konstrukci a vyhodnocení v PC.
PROTOKOL: pro silnou i slabou kyselinu: GRAFY 1-4: závislosti změn teploty
na čase pro měření neutralizačních a zřeďovacích tepel. TABULKA 1: Pro každé
měření: objem NaOH nebo vody, látkové množství hydroxidu a neutralizované kyseliny,
tepelný efekt při neutralizaci ∆T a při zřeďování T′∆ , hodnoty napětí, proudu a času
použité ve vztahu (3.4.), tepelná kapacita kalorimetru C, molární neutralizační entalpie
neutrH∆ nebo zřeďovací entalpie zřH∆ . DÁLE: porovnání naměřené reakční entalpie pro
silnou kyselinu (HCl) s tabelovanou hodnotou rH∆ . Odhad disociačního tepla slabé
kyseliny (HAc).

