Изменение термодинамических функций и возможность самопроизвольного протекания процесса

∆H	∆S	∆ G		Процесс возможен
<0	<0	Т (низкая) < 0	Т (высокая) > 0	Только при низкой Т
<0	>0	<0		При любой Т
>0	<0	>0		Процесс невозможен
>0	>0	Т (низкая) > 0	Т (высокая) < 0	Только при высокой Т

 

Возможность самопроизвольного протекания процесса определяется приведенными в табл. 2.1 соотношениями.

Лабораторная работа № 1.                     Ф.И.О. ________________

группа __________________

Определение теплоты реакции нейтрализации

Сильной кислоты сильным основанием.

Цель: Определить тепловой эффект реакции нейтрализации НCl щелочью NaOH.

Приборы и реактивы: Калориметр, термометры, мерные цилиндры, пробирки; 0,25н NaOH; 3н НCl; дистиллированная вода.

Теоретическая часть.

Тепловой эффект реакции нейтрализации сильной кислоты сильным основанием в разбавленных растворах практически не зависит от химической природы кислот и оснований. Например, для двух реакций

HCl + NaOH ® NaCl +H₂O; Δ Н₁                           (А)

               HNO₃  + KOH® KNO₃ + H₂O; Δ Н ₂                                (Б)

изменения энтальпии одинаковы

Δ Н₁ = Δ Н₂ = -57,3 кДж/моль (при 20ºС) или -13,7ккал

(1 ккал составляет» 4,2 кДж),

хотя природа реагирующих веществ и продуктов реакции совершенно различна (за исключением получающейся в результате обеих реакций воды).

Представление об ионах позволило свести реакции (А) и (Б) к одному и тому же процессу,

Н⁺ + ОН^- ®Н₂О

или                     Н⁺(р-р) + ОН^-(р-р) → Н₂О(ж)                                         (В)

который сопровождается определенным тепловым эффектом.

Таким образом, то количество тепла, которое выделяется при образовании 1 моля воды из Н⁺ (Н₃О⁺) и ОН^- при стандартных условиях, называется теплотой нейтрализации.

Для определения теплового эффекта реакции нейтрализации необходимо брать один моль эквивалента кислоты, нейтрализовать его одним молем эквивалента основания и измерить количество выделяемой теплоты.

Чтобы определить эту величину как можно точнее, необходимо провести реакцию нейтрализации так, чтобы, выделяемая, теплота не рассеивалась в окружающую среду. Для этого необходимо провести реакцию в термостате. Так как во время реакции выделается теплота, температура смеси увеличивается. Измеряя увеличение температуры, и зная теплоемкость, можно вычислить количество выделяемой теплоты:

Q = C_к(t₂ –t₁)                                                           (1)

 где Q – количество выделившейся теплоты; С_к – теплоемкость калориметра;

 t₁ –  температура до реакции; t₂ – температура после реакции.

В теплоту, выделяемую при вливании раствора кислоты в раствор щелочи, помимо теплоты нейтрализации, входят теплоты разведения кислоты щелочью и щелочи кислотой. Если объем раствора щелочи велик и мало изменяется от прибавления к нему кислоты, то теплота разведения щелочи кислотой мала и ею можно пренебречь. Напротив, теплота разбавления кислоты щелочью может достигнуть 10% от теплоты нейтрализации и поэтому ее нужно учесть.

Теплоту разбавления (Q_разб.) определяют, вливая раствор кислоты (в таком же количестве как и при нейтрализации) в чистую воду, взятую в том же объеме, что и щелочь.

Так как реакция разбавления соляной кислоты (или любой другой) – экзотермическая, то для нахождения теплоты нейтрализации следует теплоту разбавления вычесть из суммарной теплоты процесса:

Q_нейтр. = Q – Q_разб.                                          (2)

Для экспериментального определения теплоты нейтрализации (теплового эффекта реакции нейтрализации) не обязательно брать 1 моль-эквивалент кислоты и 1 моль-эквивалент основания. Можно взять меньшее количество кислоты и соответственно основания (но только эквивалентные количества), определить количество выделяемой теплоты с учетом разбавления и затем пересчитать найденную теплоту на один моль эквивалента вещества (кислоты или основания). Это и будет теплота нейтрализации или тепловой эффект реакции нейтрализации (ΔН).

 

Экспериментальная часть.

1. Налить в калориметр 150 мл 0,25н раствора NaOH.

2. В мерный цилиндр налить 12,5 мл раствора 3н НCl (эквивалентное количество кислоты).

3. Цилиндр с соляной кислотой поместить на 15-20 мин в калориметр, чтобы температура кислоты и основания были одинаковыми.

4. С помощью термометра Бекмана измерить температуру раствора NaOH (t₁)_. После этого постепенно влить раствор кислоты в раствор основания и вновь произвести измерение температуры t₂. Определить наивысшую температуру после сливания растворов.

Температура раствора NaOH              t₁ = ______________________.

Температура после нейтрализации  t₂ = _________________.

 

5. По уравнению (1) рассчитать количество теплоты, учитывая, что теплоемкость калориметра равна

c_k = 180 кал/град.

Q = C_к(t₂ –t₁) = ___________________________________________________

_______________________________________________________________

Но это еще не теплота нейтрализации, так как мы не брали 1 моль эквивалента кислоты и 1 моль эквивалента основания, а брали только по 0,0375моль эквивалента вещества.

 

6. Для более точного определения теплоты нейтрализации необходимо учесть теплоту разбавления. Поэтому надо повторить работу (согласно пунктам 1-5), но вместо раствора основания взять 150 мл воды. И по уравнению (1) рассчитать теплоту разбавления кислоты.

c_k = 180 кал/град.

Q = C_к(t₂ –t₁) = ____________________________________________________

_______________________________________________________________

7. Теплота нейтрализации находится как разность суммарной теплоты процесса нейтрализации и теплоты разбавления по уравнению (2).

Q_нейтр. = Q – Q_разб = _____________________________________________.

8. Теплоту нейтрализации в расчете на 1 моль вещества (∆Н) необходимо найти по пропорции:

0,0375 моль-экв. ………………………….выделяет Q кал

  1 моль-экв. ………………………….. выделяет x кал

 

X = ______________________________________________________________

 

________________________________________

Установить относительную погрешность (в %), если теоретическое значение теплового эффекта реакции нейтрализации для 1 моля соляной кислоты щелочью равняется 57,3 кДж.

Вывод:____________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

"Зачислено" _____ баллов

"____"_________________20___г.                              __________________

(подпись преподавателя)

Тема №3.