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学校で行った化学実験「反応熱」についてなんですが、 レポートを手伝ってほしい...

me_********さん

2011/2/423:14:35

学校で行った化学実験「反応熱」についてなんですが、
レポートを手伝ってほしいのですが、、、

【目的】
1. 水酸化ナトリウムの溶解熱を求める。
2. 塩酸と水酸化ナトリウム水溶液の中和熱を求める。

比熱を4.2J/g・Kとし、蒸留水および塩酸、水酸化ナトリウム水曜液の比重(密度)は1.0g/mLを用いて求める。

実験① 水酸化ナトリウムの溶解熱
1. メスシリンダーに蒸留水を100mL量りとり、その温度を測定する。
2. 化学天秤を用いて乾いたビーカーに水酸化ナトリウムを0.050mol量りとり、スターラーチップを入れる。
3. 2のビーカーに1の蒸留水を注ぎ、時計を見て時刻を記録し、スターラーの電源をONにして水酸化ナトリウムを溶かしていく。
4. スターラーの電源をONにしたまま、30秒ごとに溶液の温度を測定する。温度の測定は5分間行う。

【結果】
蒸留水の温度:17.5℃
時間(分) 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0
温度(℃) 17.5 19 20 21 22 22 22 22 22 22 22

*2.0分でNaOH(固)《0.050mol》がとけきった


実験② 塩酸と水酸化ナトリウム水溶液の中和熱
1, ビーカーにスターラーチップを入れ、 そこにメスシリンダーを用いて塩酸を50ml量りとり、温度計を用いて溶液の温度を測定する。
2.メスシリンダーを洗浄する。
3.メスシリンダーに水酸化ナトリウム水溶液を50ml量りとり、その温度を測定する。
4.ガラス棒を伝わらせながら、1のビーカーに3の水酸化ナトリウム水溶液を注ぎ、時計で時間を記録する。
スターラーの電源をONにし、2つの溶液を混合させる。
5.スターラーの電源をONにしたまま、溶液の温度を30秒ごとに5分測定する。

【結果】
塩酸の温度:17.5℃ 水酸化ナトリウム水溶液の温度:18.0℃
時間(分) 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0
温度(℃) 18.25 24.0 24 24 24 24 24 24 24 24 24
↑塩酸と水酸化ナトリウム水溶液の平均温度



☆【結果処理】
1. 実験①、②の測定結果のグラフを書け
2. 実験①の結果から、水酸化ナトリウムの溶解熱を求める。
3. 実験②の結果から、塩酸と水酸化ナトリウム水溶液の中和熱を求める。

☆【課題】
1. 水酸化ナトリウムの溶解熱を表す熱化学方程式をかきなさい
2. 塩酸と水酸化ナトリウム水溶液の中和熱を表す熱化学方程式をかきなさい
3. 溶液の温度は、時間が経つにしたがってどのように変化しているか。グラフとともに理由を述べなさい。
また、実験①と実験②のグラフの形状の違いについて考察しなさい。


以上が実験内容とレポートの課題です。
至急でよろしくお願いします!

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osa********さん

2011/2/800:50:02

この手の実験は、反応開始後のある時点で最高温度に達し、そこから放熱によって液温が徐々に下がっていくのを、補正して反応直後にすべての熱が放出され、それが液温を上昇させたと仮定して行われるものです。
その点からいうと、実験①で2.0分後最高点に達し、その徐々に温度が下がってこないといけないはずです。しかし、下がっていないので、このまま22℃を最高温度とし、このときの発熱量を計算します。
上昇温度 22.0-17.5 = 4.5 (℃)
水溶液の質量 水+NaOH = 100 + 2.0 = 102 (g) NaOH 0.050mol→2.0(g)
発熱量 q1= 4.2 × 4.5 × 102 = 1.93×10^3 (J) = 1.93(kJ)
この発熱量は、NaOH0.050mol分だから、1mol当たりでは
1.93/0.050 = 38.6 (kJ) ・・・・NaOHの溶解熱

実験② 中和熱
これも温度変化が1.0分後以降ないので、ちょっと微妙です。少し補正を入れると、最高温度は0.50分後に実測の25.0℃より高くなるかも知れないが、その違いはわずかだろうということと、計算の手間を考えて、ここでは25℃でいきます。実際にはグラフを描いて、補正した値を使ってください。補正の仕方は教科書や資料集に載っていますので。
上昇温度25.0 - ( 17.5+18.0)/2 = 7.25 (℃)
水溶液の質量 50 + 50 =100 (g) ・・・・密度はいずれも1.0g/mL より
発熱量 q2 = 4.2 × 7.25 × 100 = 3.05×10^3 (J) = 3.05(kJ)
ここで大問題ですが、溶液の濃度が書いていません。そこで、おそらく 、1.0 mol/L だろうと予測して、HClaq、NaOHaq 1mol当たりの中和熱は
3.05/0.050 =60.9 (kJ)
となります。 (1.0mol/L、50mLなら、0,050molの溶質が含まれる)

【結果処理】
2. NaOHの溶解熱 38.6 kJ/mol
3. 中和熱 60.9 kJ/mol

【課題】
1. NaOH(固) + aq = NaOHaq + 38.6kJ
2. NaOHaq + HClaq = NaClaq + H2O(液) + 60.9kJ
3. グラフは混合後、一定時間後に最高温度に達し、その後徐々に放熱により、液温が低下する。
固体を溶かした①の実験では、混合も完全に溶けきるまでには時間がかかり、少しずつ熱が発生したが、溶液どうしの混合である②の 実験では、混合直後に最高温度を示し、その後少しだけ温度が下がった。

本来、NaOH(固)の溶解熱は45kJ/mol、中和熱は56kJ/molなので、この実験結果をどう評価するかですね。もし、誤差が大きく、信頼性に欠けるとするならば、その原因についても考察してみてください。

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