対象等
高校(進学校向け)
目的
・ マグネシウムの燃焼熱を,別の反応経路で測定した反応熱から,ヘスの法則を利用して求める
準備
(薬品)マグネシウムMg(粉末),酸化マグネシウムMgO,1.0 mol/L塩酸HCl
(器具)ふたつきサーモカップ,デジタル温度計,100 mLメスシリンダー,マグネティックスターラー,撹拌子,薬さじ,洗びん,電子てんびん(1 mgまでのもの)
実験場所
化学実験室
方法
測定する反応熱
反応@ MgOと塩酸の反応熱
MgO(固)+2HClaq=MgCl2aq+H2O(液)+Q1 [kJ] @
反応A Mgと塩酸の反応熱
Mg(固)+2HClaq=MgCl2aq+H2(気)+Q2 [kJ] A
実験@ MgOと塩酸の反応熱 Q1
(1)サーモカップに1.0 mol/L塩酸100mL をメスシリンダーを用いて正確に入れ,水温を測定する。
t1 = ℃
(2)薬包紙を折り,電子てんびんに乗せて表示をゼロにした後,0.8g 前後のMgOの質量を正確に測定する。
m1 = g
(3)サーモカップに撹拌子を入れ,スターラーに乗せてゆっくり撹拌を始めた後,フタと温度計を取り付け,温度計の先端が撹拌子にぶつからないよう調節する。次にフタを開けて素早くMgOを入れ,再びフタをし,MgOと塩酸が反応するときの水溶液の最高温度を測定する。
t2 = ℃
実験A Mgと塩酸の反応熱 Q2
(4)サーモカップに正確に1.0 mol/L 塩酸100mL をとり,液温を測定する。
t3 = ℃
(5)0.5g 前後のMg粉末の質量m2を正確に測定する。(3)と同様にそのすべてを(4)に入れて反応させたときの最高温度を測定する。
m2 = g t4 = ℃
実験場の注意点
・ 熱が逃げないように、素早い処理が必要です
・ 化学の専門の先生から教えていただいた実験です
結果
(1)実験@について,温度の変化は何℃か(上がったら+,下がったら−をつける)。
Δt =t2 −t1 = ℃
(2)熱量 Qは何kJか(発熱なら+,吸熱なら−をつける)。ただし1gの溶液の温度を1℃上げるのに必要な熱量cは4.18J とする。
溶液の質量m=塩酸の質量+固体の質量。
塩酸の密度は水と同じ1.00g/mLとしてよい。熱量は次式で計算する。
Q = mct
(有効数字3桁まで求めること)
(3)溶解したMgOの物質量n は何molか(有効数字3桁)。
原子量はMg=24.3,O=16 。
(4)MgOと塩酸の反応熱Q1は何kJ/mol か(有効数字3桁)(3)の(mol)数で(2)の反応熱が生じたので、1(mol)ならQ1(kJ)の反応熱と考えて反応熱を求める
(5)同様に実験Aについても計算し,Mg1molあたりの反応熱を有効数字3桁で求めよ。た だし,溶液の比熱cは4.18[J/g・℃],密度は1.00[g/mL
]とする。
考察、応用
(1)Mg の燃焼熱x[kJ/mol]を求めてみよう。求めたい熱化学方程式をxを入れて書け。
(2)次に反応@,反応Aの反応熱を熱化学方程式で書くと
(3)水(液体)の生成熱は286 kJ/mol である。これを熱化学方程式で書き,B式とする。
(4)@〜B式を用いて,xを有効数字3桁で求めよ。
(5)Mg の燃焼熱の文献値は,Q = 602kJ/molである。実験で求めた燃焼熱(測定値)の,文献値に対する誤差(%)を次の式から有効数字2桁で求めよ。
生徒さんへ
・ 特にありません。計算間違いに気を付けてください。結構良い値が得られます