Lab 2

                   

Experiment  2   Heat  of  Combustion:    Magnesium  

  Purpose    

products,   the  heat  of  reaction  is  the  same  whether  the  reaction  takes  place  in  one  step  or  in  a  series  of  steps.    In  

by  direct  measurement the  heat  of  combustion  of  magnesium  turnings.  The  reaction  is  represented  by   the  equation:     (4)   Mg(s)    +    ½  O2(g)        MgO(s)       This  equation  can  be  obtained  by  combining  equations  (1),  (2),  and  (3):     (1)    MgO(s)  +  2  HCl(aq)          MgCl2(aq)    +    H2O(l)         (2)    Mg(s)    +    2  HCl(aq)            MgCl2(aq)    +    H2(g)         (3)        H2(g)    +    ½  O2(g)            H2O(l)    

   

You  will  use  a  Styrofoam  cup  in  a  beaker  as  a  calorimeter,  as  shown  in  Figure  1.  For  purposes  of  this   experiment,  you  may  assume  that  the  heat  loss  to  the  calorimeter  and  the  surrounding  air  is  negligible.   Heat  lost  to  either  of  these  is  a  fairly  constant  factor  in  each  part  of  the  experiment,  and  has  little  effect   on  the  final  results.      

               

   

             

Experiment  2  Turn-­in  Sheets   Heat  of  Combustion:  Magnesium   Procedure       1.    Obtain  and  wear  safety  glasses.       2.    Prepare  the  computer  for  data  collection   by  opening  the  Heat  of  Combustion   experiment.    The  vertical  axis  has   temperature  scaled  from  0  to  50°C.  The   horizontal  axis  has  time  scaled  from  0  to   500  seconds.     Reaction  1       3.    Place  a  Styrofoam  cup  into  a  250-­mL   beaker  as  shown  in  Figure  1.  Measure  out   100.0  mL  of  1.00  M  HCl  into  the  Styrofoam   cup.       4.    Use  a  utility  clamp  and  a  slit  stopper  to   suspend  a  temperature  probe  from  a  ring   stand  as  shown  in  Figure  1.  Lower  the   temperature  probe  into  the  solution  in  the   Styrofoam  cup.       5.    Weigh  out  about  1.00  g  of  magnesium   oxide,  MgO,  on  a  piece  of  weighing  paper.   Record  the  actual  mass  used  in  your  data   table.       6.    Click   Collect  to  begin  data  collection  and   obtain  the  initial  temperature,  t1.  After  three   or  four  readings  at  the  same  temperature   (t1)  have  been  obtained,  add  the  white   magnesium  oxide  powder  to  the  solution.   Use  a  stirring  rod  to  stir  the  cup  contents   until  a  maximum  temperature  has  been   reached  and  the  temperature  starts  to  drop.   Click   Stop  to  end  data  collection.     7.    Examine  the  initial  readings  in  the  Table   window  to  determine  the  initial  temperature,   t1.  To  determine  the  final  temperature,  t2,   click  the  Statistics  button, .  The  maximum   temperature  is  listed  in  the  statistics  box  on   the  graph.  Record  t1  and  t2  in  your  data   table.        

8.    Discard  the  solution  as  directed  by  your   instructor.         CAUTION:  Handle  the  HCl  solution  with   care.  It  can  cause  painful  burns  if  it  comes   in  contact  with  the  skin.                   CAUTION:  Avoid  inhaling  magnesium  oxide   dust.         Reaction  2       Repeat  Steps  3-­8  using  about  0.50  g  of   magnesium  turnings  rather  than  magnesium   oxide  powder.  Be  sure  to  record  the   measured  mass  of  the  magnesium.         CAUTION:  Do  not  breathe  the  vapors   produced  in  the  reaction!!                                          

Data     Construct  an  organized  data  table  containing  your  measurements  for  Reactions  1  and  2.     Include  a  column  for  each  of  the  following:      The  reaction  (1,  2),  the  mass  of  solute  (Mg  or  MgO)   used,  the  moles  of  solute  used,  the  total  mass  of  the  solution,  the  specific  heat  capacity  of  the  

how  to  fill  in  this  table.    

   

Calculations     1.      Determine  the  mass  of  the  solution  for  each  reaction  (assume  the  density  of  each  solution  is  1.00   g/mL).  You  may  include  the  mass  of  the  solute.    Fill  these  values  into  the  data  table  on  the  previous   page.  

   

     

    (Cp  =  4.18  J/g°C,  and  m  =  100.0  g  of  HCl  solution).     Convert  joules  to  kJ  in  your  final  answer.    

-­q)     Fill  in  the  data  table  with  this  value.         4.    Determine  the  moles  of  MgO  and  Mg  used.           5.    Use  your  Step  3  and  Step  4  results  to  calcul          

    Reaction  3  is  the  formation  of  liquid  water.    You  can  find  the  enthalpy  of  formation  of  water  in  Appendix  J   of  your  textbook.    

reactions  1-­3.         You  may  use  the  space  below  and/or  the  back  of  this  sheet  to  show  your  work.              

Results     Follow  the  directions  from  Step  6  in  the  

4.    

                           Reactions    

1.        MgO(s)  +  2  HCl(aq)      MgCl2(aq)    +    H2O(l)                       1  =    

   

2.        Mg(s)    +    2  HCl(aq)        MgCl2(aq)    +    H2(g)  

2  =          

                               3.        H2(g)    +    1/2  O2(g)          H2O(l)  

3  =          

   

                               4.            Mg(s)    +    ½  O2(g)        MgO(s)  

4  =        

law)   [Experimental]  

 

Mg(s)    +    ½  O2(g)        MgO(s)  

      (from  Appendix  J)   [Accepted]  

   

Calculation  and  Discussion  of  %  error:     Using  the  value  in  Appendix  J  for  the  formation  of  MgO  as  the  accepted  value  and   4  determined  above   as  the  experimental  value,  find  the  percent  error  for  the  experiment.     1)  Calculate  your  percent  error.

   

100% accepted

accepted - alexperiment error %  

    2)  Describe  two  ways  you  would  you  improve  the  design  of  the  calorimeter.             3)    Give  two  possible  sources  of  experimental  error.  (Experimental  error  refers  to  the  uncertainties   associated  with  experimental  limitations,  and  not  necessarily  mistakes  made  by  the  experimentalist.)    

   

Pre-­Lab  Assignment     This  experiment  covers  material  from  Sections  8.7  and  8.8  in  your  textbook.   Refer  to  these  sections  for  assistance  with  the  following  questions.           1)  Construct  a  data  table  for  Page  4  of  this  lab.    Read  the  instructions  for  what  to  include.    The  table  will   not  be  turned  in  with  the  ASA  but  it  may  be  checked  during  lab.      

-­3  can  be  summed  to  obtain  equation  4.   (Re-­ out  terms  that  cancel.)    Refer  to  your  textbook  on  how  to  do  this.       (1)   MgO(s)  +  2  HCl(aq)      MgCl2(aq)    +    H2O 1     (2)   Mg(s)    +    2  HCl(aq)        MgCl2(aq)    +    H2(g)   2  

  (3)   H2(g)    +    1/2  O2(g)          H2O(l)       3  

(4)       Mg(s)    +    1/2  O2(g)        MgO(s)       4                    

4   1 2 3.   4   1     2   3 1   2   3  

     

3)    A  student  measures  out  100.0  ml  of  1.00  M  HCl  and  places  it  in  a  styrofoam  cup.    The  temperature  of   the  HCl  is  22.30C.    She  then  addes  1.002  g  of  MgO  to  the  cup.  The  temperature  rises  to  29.70C.      

  a) Determine  the  enthalpy  of  the  reaction.    Assume  that  the  density  and  the  specific  heat  of  the   solution  are  the  same  as  water.  Include  the  correct  sign.  

            b) Determine  the  change  of  enthalpy  for  the  reaction  in  units  of  kJ  per  mol  of  MgO.  Include  the   correct  sign!