Thermochemistry — Measuring Heat in Chemical Reactions
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10件の実験
Thermochemistry experiments quantify the heat absorbed or released during chemical and physical processes. Using calorimeters ranging from simple coffee-cup designs to sophisticated bomb calorimeters, students measure enthalpy changes and verify Hess's law — that enthalpy change depends only on initial and final states, not the reaction pathway.
Learning Objectives
Determine enthalpy of neutralization, dissolution, and combustion experimentally. Verify Hess's law using multi-step reactions. Calculate specific heat capacities. Understand the difference between system and surroundings, exothermic and endothermic processes, and calorimeter calibration.
Key Techniques
Coffee-cup calorimetry: mix reactants in an insulated container, measure temperature change, and calculate q = mcDeltaT. Bomb calorimetry: combust samples in a sealed oxygen-filled vessel and measure the water temperature rise. Calibrate calorimeters with a known reaction (e.g., benzoic acid combustion). Plot temperature vs. time to extrapolate the maximum temperature change.
Equipment Overview
Required: nested polystyrene cups (coffee-cup calorimeter), thermometer or temperature probe, magnetic stirrer, graduated cylinder, analytical balance. Advanced: bomb calorimeter, oxygen cylinder, ignition wire, Parr press for pellet formation.
コーヒーカップ熱量測定
簡易熱量計を使って中和エンタルピーを測定する
ポリスチレンカップ熱量計を用いてHClとNaOHの中和エンタルピーを決定する。
コールドパックの化学
硝酸アンモニウムの吸熱溶解を調べる
硝酸アンモニウムが水に溶けるときの温度変化を測定し、インスタント冷却パックに使われる吸熱溶解プロセスを実証する。
ヘスの法則の検証
三つの反応を用いてエンタルピーが状態関数であることを確認する
三つの関連する反応のエンタルピー変化を測定し、ΔH1+ΔH2=ΔH3を示すことでヘスの法則を検証する。
マグネシウムの燃焼熱
ヘスの法則と酸化マグネシウムを使ってΔHを決定する
直接測定が現実的でないため、ヘスの法則を間接的に用いてマグネシウムの燃焼エンタルピーを決定する。
吸熱反応のデモンストレーション
水酸化バリウムとチオシアン酸アンモニウムの冷却反応
フラスコ外部の水が凍るほど混合物が冷却される、劇的な吸熱反応を実証する。
氷の融解エンタルピー
氷を溶かすのに必要なエネルギーを測定する
既知の質量の氷を温水に加えて温度変化を測定することで、氷の融解エンタルピーを決定する。
溶解は常に発熱ではない
様々な塩の溶解による温度変化を比較する
様々な塩（NaOH、CaCl₂、NH₄NO₃、KNO₃）の溶解エンタルピーを比較し、溶解が発熱または吸熱になり得ることを示す。
爆弾熱量測定シミュレーション
熱量測定で食品のエネルギー含量を測定する
様々な食品を燃焼させて水への熱移動を測定し、そのエネルギー（カロリー）含量を測定する。
酢酸ナトリウムの発熱結晶化
瞬間結晶化で放出される熱を測定する
熱量測定法を用いて過飽和酢酸ナトリウムの結晶化で放出される熱を定量する。
金属の比熱容量
アルミニウム、銅、鉄の熱容量を比較する
混合法を用いて複数の金属の比熱容量を決定し、受け入れられた値と比較する。