Опыт Определение теплоты нейтрализации сильной кислоты сильным основанием
ИЗМЕРЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ ЭФФЕКТОВ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
Для измерения тепловых эффектов реакций используют калориметры или калориметрические установки (рис. 18). В наружный сосуд (стакан на 0,8 л) вставляется в калориметрический стакан меньшей вместимости (0,5 л). Во избежание потерь теплоты через стенки калориметрического стакана между сосудами помещают пробковые прокладки. Калориметрический стакан закрывают деревянной крышкой с отверстиями для термометра (цена деления 0,1 К), мешалки и воронки. Мешалку присоединяют к электромотору или приводят в движение вручную.
Теплоту, выделяющуюся или поглощающуюся в калориметре, вычисляют по формуле: q = Σс(Т2-Т1),
где Т2 и T1 — конечная и начальная температуры жидкости в калориметрическом стакане; Σс — теплоемкость системы, равная с1m1 + c2m2 (m1 и m2 — массы калориметрического стакана и жидкости в стакане; с1 и с2 — удельные теплоемкости стекла и жидкости).
Согласно теории электролитической диссоциации нейтрализация сильной кислоты сильным основанием в разбавленном растворе отвечает уравнению Н+ + ОН- = Н20. Стандартная теплота нейтрализации сильной кислоты сильным основанием равна при 298 К —55,9 кДж на один моль образующейся воды. Термохимическое уравнение реакции нейтрализации имеет вид: Н+(ж) + ОН-(ж)=Н2О(ж),
Н = - 55,9 кДж/моль
В опыте используют 1 М растворы КОН, NaOH, HC1 и HN03. Для нейтрализации берут равные объемы (120—180 мл) растворов кислоты и щелочи.
Получите у преподавателя задание и запишите его в лабораторный журнал. Взвесьте сухой калориметрический стакан (с точностью до 0,1 г) или узнайте его массу у лаборанта. Соберите калориметрическую установку (рис.18 ) и через воронку 2 налейте в сосуд заданный объем 1 М раствора щелочи; запишите температуру раствора щелочи Тщ с точностью до 0,1 К.
Налейте в мерный цилиндр такой же объем 1 М раствора кислоты и измерьте температуру раствора Тк с той же точностью. Начальная температура смеси кислоты и щелочи T1 — среднее арифметическое от Tщ и Тк.
При работающей мешалке 1 через воронку 2 быстро влейте кислоту в калориметрический стакан и отметьте самую высокую температуру Т2, которую покажет термометр 6 после сливания растворов.
Данные опыта сведите в таблицу:
Масса калориметрического стакана m1, кг
Суммарный объем, жидкости в стакане V, мл
Температура, К
Tщ
Тк
T1
Т2
По полученным данным определите:
1. Разницу температур (Т2 — Т1).
2. Массу жидкости (m2) в калориметрическом стакане (при расчете считать плотность жидкости равной единице).
3. Теплоемкость системы [при расчете считать удельную теплоемкость стекла с1 — 0,75·103Дж/(кг·К), а удельную теплоемкость раствора с2 = 4,18·103 Дж/(кг·К)].
4. Количество теплоты (q), выделившейся при реакции.
5. Число молей нейтрализованной кислоты (щелочи) или число молей полученной воды (υН О), учитывая заданную молярную концентрацию и объем раствора.
концентрацию и объем раствора.
6. Теплоту нейтрализации ΔН0Т (кДж/моль Н2О).
Сравните полученную теплоту нейтрализации с теоретической и рассчитайте абсолютную и относительную ошибку опыта.
Запишите термохимическое уравнение проведенной реакции нейтрализации.
Объясните убыль энтальпии в процессе нейтрализации сильной кислоты сильным основанием.
Контрольные вопросы и упражнения
1. Приведите формулировки первого и второго законов термодинамики?
2. Какие параметры системы называются функцией состояния?
3. Что понимается под внутренней энергией системы?
4. Сформулируйте закон Гесса и следствие из него.
5. Не используя справочные данные, найдите изменение энтропии:
H2S(г.) + О2(г.) =SO2(г.) + Н2О(г.)
6. По табличным данным рассчитайте ∆Но298 в реакции взаимодействия магния с оксидом углерода (IV):
2Mg(к) + CO2(г) = 2MgO(к ) +C(графит)
7. Найдите количество теплоты, выделяющейся при взрыве 10 л гремучего газа (два объема водорода и один объем кислорода), взятого при температуре 18°С и давлении 93 кПа
8. Найдите объем газа кислорода (н.у), если при полном сгорании этилена с образованием жидкой воды выделилось 9339 кДж теплоты