Опыт 1. Определение теплоты нейтрализации сильной кислоты сильным гидроксидом и расчет энергии Гиббса

Для измерения тепловых эффектов реакций используют калориметры или калориметрические установки (рис. 1). В наружный сосуд (стакан на 0,8 л) вставляется калориметрический стакан меньшей вместимостью (0,5 л). Во избежании потерь теплоты через стенки стакана между сосудами располагают 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 = S c(T₂ – Т₁),

где Т₂ и t₁ - конечная и начальная температура жидкости в калориметрическом стакане; Sс - теплоемкость системы, равная c₁m₁ + с₂m₂ (m₁ и m₂ – массы калориметрического стакана и жидкости в стакане; с₁ и с₂ - удельные теплоемкости стекла и жидкости).

Согласно теории электролитической диссоциации нейтрализации сильной кислоты сильным основанием в разбавленном растворе отвечает уравнению Н ⁺ + ОН ^- = Н₂О. Стандартная теплота нейтрализации сильной кислоты сильным основанием равна при 298 К – 55,9 кДж на один моль образующейся воды.

Энтропия системы рассматривается в термодинамике как мера неупорядоченности системы.

1. мешалка 2. воронка 3. калориметрический стакан 4. наружный сосуд 5. крышка 6. термометр   Термохимическое уравнение реакции нейтрализации имеет вид: H^+ж + OH^-ж = Н2Ож , DН°298 = -55,9 кДж/моль   В опыте используют 1М раствор гидроксида натрия и 1М раствор соляной кислоты. Для нейтрализации берут равные объемы (60-100 мл) кислоты и щелочи.   Выполнение опыта   Получите у преподавателя задание и запишите его в лабораторный журнал. Соберите калориметрическую установку. 1.С помощью цилиндра отмерьте заданный объем 1М раствора щелочи. Измерьте его температуру с точностью до 0,1 К и запишите в журнал Тщ. 2.Вылейте раствор щелочи во внутренний стакан установки. 3.Налейте в мерный цилиндр такой же объем 1М раствора кислоты и измерьте ее температуру с той же точностью Тк. Начальная температура смеси кислоты и щелочи Т1- среднее арифметическое от Тщ и Тк. 4. При перемешивании быстро влейте кислоту в калориметрический стакан и отметьте самую высокую температуру Т2, которую покажет термометр после сливания растворов. Данные опыта сведите в таблицу. Таблица

Масса калориметрического стакана, кг	Суммарный объем жидкости в стакане, мл	Температура, К
Тщ	Тк	Т1	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´10³ Дж/(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), учитывая заданную молярную концентрацию и объем раствора;

6.Теплоту нейтрализации DН (кДж/моль Н₂О);

7.Сравните полученную теплоту нейтрализации с теоретической и рассчитайте ошибки опыта (абсолютную и относительную);

8.Запишите термохимическое уравнение проведенной реакции нейтрализации;

9.Объясните убыль энтальпии в процессе нейтрализации сильной кислоты сильным основанием.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

КИНЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

 

Цель работы: изучение скорости химической реакции и ее зависимость от различных факторов (концентрации веществ, температуры).

 

Скорость химической реакции называют изменения концентрации реагирующих веществ в единицу времени. Скорость реакции определяется природой реагирующих веществ и зависит от условий протекания процесса (концентрации реагирующих веществ, температуры, наличия катализатора и др.).

Зависимость скорости реакции от концентрации выражается законом действия масс: при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна стехиометрическим коэффициентам. Например, для реакции:

2NO + O₂ Þ 2NO₂

Закон действия масс может быть записан:

,

где: – скорость химической реакции; к – константа скорости; - концентрации реагирующих веществ.

Реакция в гетерогенной системе (например,) осуществляется на поверхности раздела между фаз. Поэтому скорость гетерогенных реакций при постоянной температуре зависит не только от концентрации реагирующих веществ, но и от площади поверхности раздела. Так, для реакции:

С_(к) + О_2(г) Þ СО_2(г)

закон действия масс имеет вид:

,

где: к – константа скорости; - концентрация кислорода; S – площадь поверхности раздела между фазами.

Зависимость скорости реакции от температуры выражается правилом Ван-Гоффа:

где: - скорости реакции при Т₁ и Т₂;

j - температурный коэффициент, показывающий, во сколько раз увеличивается скорость реакции при повышении температуры на 10⁰ С.

Одним из методов ускорения химической реакции является катализ, который осуществляется при помощи веществ (катализаторов), увеличивающих скорость реакции, но не расходующих в результате ее протекания.

Механизм действия катализатора сводится к уменьшению величины энергии активации реакции, т.е. к уменьшению разности между средней энергией молекул (активного комплекса) и средней энергии молекул исходных веществ. Скорость химической реакции при этом увеличивается.