Определение теплового эффекта реакции нейтрализации слабой кислоты сильным основанием

Химические реакции, лежащие в основе определения:

 

NaOH + СН₃СООН → СН₃СООNa + H₂O +Q

 

ХОД РАБОТЫ:

Повторите опыт 1, взяв для реакции 30 мл раствора натрий гидроксида и 30 мл раствора уксусной кислоты с С(1/z) 1,0 моль/л.

Приняв плотности раствора в 1 и 2 опыте за единицу, удельную теплоемкость его (С₁) за 4,184 Дж/гК, а теплоемкость стекла (С₂) за 0,753 Дж/гК, зная массу калориметрического стакана (m₂) и массу растворов после сливания (m₁) - вычислите количество теплоты, выделившейся в калориметре в результате реакции (Q_x). А затем рассчитайте теплоту нейтрализации в кДж моль^-1, абсолютную и относительную ошибку, если известно, что при нейтрализации одного моль эквивалента сильной кислоты одним моль эквивалентом щелочи выделяется 57,52 кДж моль^-1 тепла.

 

Результаты опытов запишите в таблицу:

 

 

№	Определяемые величины	Опыт 1 NaOH + H2SO4	Опыт 2 NaOH+ CH3COOH
1.	Масса калориметрического стакана (г)
2.	Начальная температура (t1)
3.	Конечная температура (t2)
4.	Тепловая константа колориметра ∑С = С1m1 + C2m2 Дж/град
5.	Количество теплоты, выделившейся в калориметре Qx = /t2 –t1/ ∑С Дж ∆Н = - Qx
6.	Теплота нейтрализации ∆Ннейтр = ∆Н*1000 V*C1/zNaOH (Дж/моль)
7.	Ошибка опыта: а) абсолютная (кДжмоль^-1) б) относительная (%)

 

 

Формулы расчета:

 

t к- ⁰С

tщ- ⁰С

t1- ⁰С

t2- ⁰С

∑С = С₁m₁ + C₂m₂ = Дж/град

Q_x = /t₂ –t₁/ ∑С = Дж

 

 

∆Ннейтр = ∆Н * 1000 = *** (Дж/моль) = *** = кДж/моль

V * C1/zNaOH 1000

 

 

Вопросы и задачи для самостоятельной работы студентов

 

1. Как изменяется внутренняя энергия в эндо- и экзотермических реакциях?

2. Понятие о тепловом эффекте реакции. Термохимическое уравнение.

3. Сущность первого и второго начала термодинамики

4. Формулировка и математическое выражение законов Гесса и его следствий

5. Теплота растворения (понятие, формулы, расчеты)

6. Теплота нейтрализации сильной кислоты сильного основания, слабой кислоты и сильного основания.

7. Понятие об энтальпии, энтропии и изобарно-изотермическом потенциале, как основных движущих силах химических процессов.

8. Вычислить изменение энтальпии реакции восстановления оксида бора магнием, если известно, что ΔН⁰ обр. оксида бора и оксида магния соответственно равны -1280 и -601 кДжмоль^-1.

9. При сжигании серы выделилось 73,48 кДж тепла и получилось 16 г серы диоксида. Вычислить ΔН⁰ обр серы диоксида. М(SO₂) = 64г/моль.

10. Вычислить теплоту образования метанола по уравнению:

С + 2Н₂ + 1/2О₂ = СН₃ОН + Q, если теплоты сгорания углерода, водорода и метанола равны 395,23; 285,95; 715,52 кДж/моль соответственно.

11. Сколько тепла выделится при взрыве 16,8 л гремучего газа

(н.у.), если теплота образования водяного пара равна -241,8 кДж/моль

12. Определить ΔG⁰₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению:

4NH₃(г) + 5O₂(г) → 4NO(г) + 6H₂O(г),

если ΔS⁰₂₉₈ =

192,50 205,03 210,20 188,72 Дж/мольК

 

если ΔН⁰₂₉₈ =

-46,19 0 90,37 -241,83 кДж/моль

 

13. Восстановление Fe₂O₃ водородом протекает по уравнению:

Fe₂O₃(т) + 3H₂(г) → 2Fe(т) + 3H₂O(г) - 96,61кДж

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях, если ΔS⁰₂₉₈ равно 0,1387 кДж/моль? При какой температуре начнется восстановление оксида железа?

 

 

УИРС по теме: «Химическая термодинамика. Определение теплового эффекта химической реакции»

1. Определите теплоту реакций нейтрализации

а) азотной кислоты с натрием гидроксидом

б) щавелевой кислоты с натрием гидроксидом

 

Семинар по теме

Химическая термодинамика

 

1. Дать понятие «термодинамическая система», типы термодинамических систем и их характеристика. Параметры систем. Классификация процессов, протекающих в термодинамических системах.

2. Характеристические функции состояния систем. Их наиболее важное свойство. Внутренняя энергия систем.

3. Сформулируйте I закон термодинамики, приведите его математическое выражение. Значение I закона термодинамики для биологических систем.

4. Приведите уравнение I закона термодинамики для изохорических и изобарических процессов. Какая связь существует между Q_v и Q_p?

5. Термохимическая и термодинамическая система знаков. Экзо- и эндо-термические процессы. Энтальпия. Стандартные энтальпии образования и сгорания веществ.

6. Сформулируйте закон Г.И. Гесса. Следствия из закона Гесса, их математические выражения. Значение закона Гесса для биологических систем.

7. Особенности термохимических уравнений (приведите пример).

8. Сформулируйте II закон термодинамики, приведите его математическое выражение для обратимых и необратимых процессов.

9. Дайте понятие, что обозначает характеристическая функция «энтропия»; в каких системах изменение энтропии является критерием возможности протекания процесса и его направленности.

10. Связь энтропии с вероятностью системы. Постулат Планка. Абсолютные стандартные энтропии.

11. Изохорно-изотермический и изобарно-изотермический потенциалы. Их математическое выражение. «Энтальпийный» и «энтропийный» факторы, составляющие DG.

12. В каких системах изменение энергии Гиббса является критерием возможности протекания самопроизвольного процесса в прямом направлении и определяет момент окончания процесса?

13. Уравнение изотермы химической реакции. Связь энергии Гиббса с константой химического равновесия. Стандартные изобарно-изотермические потенциалы.

14. Особенности живых организмов. Вклад И. Пригожина в возможность применения законов термодинамики к открытым системам. Теорема Пригожина.

15. Черты сходства и отличия понятий «равновесное состояние» и «стационарное состояние», объяснение явления «негэнтропия», в чем сущность термина «поток» предложенного Пригожиным?

 

Задачи

1. Рассчитать тепловой эффект реакции СН₄(г) + СО₂(г) → 2СО(г) + 2Н₂(г), если DН⁰_обр СН₄ = -74,85 кДж/моль, DН⁰_обр СО₂ = -393,5 кДж/моль, DН⁰_обр СО = -110,5кДж/моль, DН⁰_обр Н₂ = 0.

2. Вычислить теплоту сгорания бензола, если

DН⁰_обр С₆Н₆(ж) = - 40,6 кДж/моль

DН⁰_обр СО₂(г) = -393,5 кДж/моль

DН⁰_обр Н₂О(ж) = - 286,4 кДж/моль

(запишите и уравняйте реакцию сгорания бензола).

3. При растворении в воде одного моль Na₂CO₃ выделяется 25,1 кДж/моль теплоты. При растворении одного моля кристаллогидрата Na₂CO₃*10Н₂О поглощается 66,9 кДж/моль теплоты. Вычислить теплоту образования кристаллогидрата, используя систему знаков, принятую в термодинамике.

4. Теплота сгорания углеводов и белков в организме человека составляет 4,1 ккал/г, жиров - 9,3 ккал/г. Среднесуточная потребность в белках, жирах и углеводах для студентов мужчин составляет соответственно 113, 106, 451 г, для студентов женщин - 96,90, 383 г. Какова суточная потребность студентов в энергии?

5. Не производя вычислений скажите как меняется энтропия в реакции C₂H₂(г) +H₂(г) → C₂H₄(г); 2NH₃(г) → N₂(г) +3H₂(г); 2NO(г) +O₂ (г) → 2NO₂(г); 2H₂S(г)+3O₂(г) → 2H₂O(г)+2SO₂ (г) Возможно ли протекание данных реакций в стандартных условиях?

6. Рассчитайте изменения энтропии в ходе реакции образования одного моль Н₂О в стандартных условиях. S⁰₂₉₈(H₂) = 130,6 Дж/моль К; S⁰₂₉₈(О₂) = 250 Дж/моль К; S⁰₂₉₈(H₂О) = 69,7 Дж/моль К. Сделайте вывод о возможности протекания такой реакций в стандартных условиях.

7. В организме человека реакция окисления этилового спирта протекает в две стадии. Первая- окисление этилового спитра до уксусного альдегида: С₂Н₅ОН + 1/2О₂ → СН₃СНО + Н₂О;

DН⁰ = - 256кДЖ. Вторая- уксусный альдегид окисляется до уксусной кислоты: СН₃СНО +1/2О₂ → СН₃СНОН; DН⁰ = - 237кДЖ. Рассчитайте DН⁰ реакции окисления этанола до уксусной кислоты. Вычислите DG реакции окисления спирта и проанализируйте полученное значение. Окисление уксусного альдегида в уксусную кислоту протекает во времени, уксусный альдегид является ядовитым веществом, какие выводы можно сделать о вреде алкоголя?

8. При взаимодействии 3,6 г оксида железа (II) с оксидом углерода (II) выделилось 0,71 кДж тепла, а при сгорании 2,8 г оксида углерода (II) выделилось 28,3 кДж тепла. Вычислить стандартную энтальпию образования (DН⁰) твердого оксида железа (II).

9. Восстановление Fe₂O₃ водородом протекает по уравнению:

Fe₂O₃(т) + 3H₂(г) → 2Fe(т) + 3H₂O(г)

DН = + 96,6 кДж; DS = + 0,139 кДж/К

Определить, возможна ли такая реакция при стандартных условиях? Возможна ли в принципе? И если да, подберите условия для перехода Fe₂O₃ ® Fe.

10. Реакция протекает по уравнению СО₂(г) + 4Н₂(г) → СН₄(г) + 2Н₂О(ж). DН⁰_обр СО₂ = - 393,5 кДж/моль, DН⁰_обр СН₄ = - 74,84 кДж, DН⁰_обр Н₂О(ж) = - 286,4 кДж/моль, DН⁰_обр Н₂ = 0;

S⁰_обр СО₂ = 213 Дж/моль К; S⁰_обр Н₂ = 130,6 Дж/моль К; S⁰_обр СН₄ = 186 Дж/моль К; S⁰_обр Н₂О(ж) = 69,96 Дж/моль К.

Определите, протекает ли реакция в стандартных условиях? Как влияет на ход реакции а) охлаждение; б) нагревание.

11. Константа равновесия химической реакции равна единице, определите состояние этой системы.