Тема «Определение теплового эффекта реакции нейтрализации»

Цель работы – освоить методику калориметрических измерений и методику экспериментального определения теплового эффекта реакции нейтрализации сильной кислоты сильным основанием, овладеть навыками осуществления термохимических расчетов.

Приборы и посуда: жидкостный калориметр, весы с разновесами; термометр на 100 °С; штатив с пробирками; мерные цилиндры емкостью 50 мл; химические стаканы емкостью 100 мл (2 шт.); пипетка; шпатель.

Реактивы: серная кислота H₂SO₄ (1,0 М раствор); 2) гидроксид натрия NaОН  (2,0 М раствор).

Выполнение работы:

Определение теплового эффекта реакции производят в пробирках называемых калориметрами. Простейший из них изображен на рисунке. Серную кислоту можно нейтрализовать двумя способами.

Первый способ – это последовательная нейтрализация в две стадии:    

 

H₂SO₄ + NaOH=NaHSO₄ + H₂O, ∆H₁;

 

NaHSO₄ + NaOH =NaSO₄ + H₂O, ∆H₂.

 

Второй способ – полная нейтрализация в одну стадию:

H₂SO₄+2NaOH=Na₂SO₄ +2H₂O, ∆H₃

 

Опыт 1. нейтрализация серной кислоты в две стадии.

 

В калориметрический стакан влить 50 см³ 1,0 М раствора серной кислоты. Измерить температуру (t₁). В два стакана отмерить по 25см³ 2,0 М раствора щелочи NaOH. В раствор кислоты быстро и без потерь вылить из 1-го стакана щелочь. Перемешать путем встряхивания полученный раствор кислой соли NaHSO₄ и быстро измерить максимальную температуру (t₂). К полученному раствору кислой соли NaHSO₄ быстро прилить раствор щелочи из второго стакана и после перемешивания измерить максимальную температуру  (t₃) раствора средней соли Na₂SO₄. Результаты опыта записать в таблицу.

 

Опыт 2. Нейтрализация серной кислоты в одну стадию.

 

В калориметрический стакан влить 50 см³ 1М раствора серной кислоты. Измерить температуру (t₁). В раствор серной кислоты влить 50 см³ 2М раствора щелочи. Перемешать раствор, измерить максимальную температуру (t₂). Результаты опыта записать в таблицу.

 

 Таблица.

Стадия опыт 1(1,2) опыт 2(3)	Общий объем, см^3	Раствор соли		Температура
		Плотность, г/см^3	Уд. Теплоемкость	начальная	конечная	∆t
1
2
3

 

Обработка результатов

Теплота, выделяющаяся в результате реакции нейтрализации, вычисляется по формуле:

Q=V*d*C*∆t*20*0,001 ккал

Где:

Q – теплота кДж;

V – общий объем раствора в калориметре, см³;

d – плотность раствора в калориметре, г/см³;

C – удельная теплоемкость раствора, кДж/моль;

∆t – разность температур до и после реакции;

Задание

1. Рассчитать тепловой эффект первой и второй стадии реакции нейтрализации в первом опыте.

2. Рассчитать тепловой эффект реакции нейтрализации во втором опыте.

3. На основании следствия из закона Гесса рассчитать теоретический тепловой эффект реакции нейтрализации серной кислоты щелочью, если известны теплоты образования продуктов реакции и исходных веществ:

 

вещества	Н обр., кДж/моль
Na2SO4 H2SO4 NaOH H2O	-334,95 -215,87 -112,20 -68,57

 

4. Сравнить тепловой эффект реакции нейтрализации во втором опыте с теоретическим тепловым эффектом.

5. сравнить суммарный тепловой эффект реакции нейтрализации в первом опыте с тепловым эффектом во втором опыте и сделать вывод о выполнении закона Гесса.

Контрольные вопросы:

1. Как изменяется энтальпия системы, если реакция идет с поглощением тепла?

2. Вычислить тепловой эффект реакции

NaH_(k)+H₂O_(ж)=NaOH_(р)+H₂(г)

по стандартным энтальпиям образования веществ, участвующих в реакции, если (NaH_(k))=-56,94 кДж/моль, (NaOH_(р)) = 469,47 кДж/моль,  (H₂O_(ж)) =-285,84 кДж/моль.

3. Определить знак изменения энтропии в следующих реакциях:

4NH₃+ЗО₂=6Н₂О_(ж)+2N₂

СН_4(Ж)+4CI₂=CCI_4(ж)+4HCI

СО+ЗН₂=СH₄+Н₂О_(ж)

4. В каком направлении нижеприведенная реакция будет протекать самопроизвольно?

N₂+2H₂O=NH₄NO₂,

если ∆ G ⁰ ₂₉₈ (NH₄NO₂)=l 15,94кДж/моль, ∆ G ⁰ ₂₉₈ (H₂O_(г))= -228,8кДж/моль.