Лабораторна робота № 2. Визначення теплового ефекту реакції нейтралізації сильних та слабких кислот

Мета роботи – визначити значення теплоти нейтралізації сильних та слабких кислот та теплоти дисоціації слабких кислот, які супроводжують реакцію взаємодії кислот та основ.

Тепловим ефектом реакції нейтралізації () називають кількість теплоти, яка виділяється при взаємодії кислоти з основою.

Молярною інтегральною теплотою нейтралізації () називають кількість теплоти, яка виділяється при взаємодії одного молю кислоти з одним молем основи. Тому знаючи можна визначити за рівнянням (1.5):

,

де n – кількість моль-еквівалентів кислоти чи лугу, що прореагували.

Реакцію нейтралізації сильних кислот сильними основами в іонній формі можна записати таким чином:

Na⁺ + OH^-+ H₃O⁺ + Cl^- Na⁺ + Cl^- +Н₂O (1.12),

або

H₃O⁺ + OH^- 2 Н₂O + ΔН_нейтр. (1.13).

З цього випливає, що взаємодія сильних кислот з сильними основами супроводжується виділенням однакової кількості теплоти. За табличним даними в цьому випадку = -54,4·10³ Дж/моль. Тобто це екзотермічний процес, < 0, а = > 0. При проведенні експерименту одночасно з нейтралізацією має місце процес розведення, але значення теплоти розведення невеликі, тому ними нехтують.

Величина теплового ефекту реакцій нейтралізації слабких кислот залежить від сили кислоти. В загальному вигляді реакцію нейтралізації одноосновних слабких кислот, наприклад оцтової, можна представити таким чином:

НАс + NaOH = NaАс + Н₂O + ΔН_{нейтр., НАс} (1.14).

Цей процес складається з реакції дисоціації слабкої кислоти:

НАс + Н₂O = H₃O⁺ + Ас^- + ΔН_{дис., НАс} (1.15)

та самої нейтралізації (1.13):

H₃O⁺ + OH^- = 2Н₂O + ΔН_нейтр..

Тому тепловий ефект нейтралізації слабкої кислоти () дорівнює сумі теплот дисоціації та нейтралізації:

(1.16).

Хід роботи

При підготовці до лабораторної роботи слід прочитати та ретельно законспектувати основні засади калориметрії і правила роботи з калориметричними пристроями (розділи 1.1 – 1.3).

Методика проведення експерименту складається з трьох експериментальних та розрахункової частин.

1. Визначають сталу калориметру К´ за розчиненням KCl або К електричним методом (див. розділи 1.2.3, 1.2.5, 1.3.2 та 1.3.3).

2. Експериментально визначають теплоту нейтралізації сильної кислоти. Для чого в калориметричний стакан заливають 300 мл 0,1 М NaOH, поміщають скляну ампулу з 5 – 10 мл 2 М НCl (або будь-яку іншу кислоту чи луг). Вмикають мішалку, фіксують 9 – 10 відліків початкового періоду. На наступному відліку розбивають ампулу, не припиняючи вимірювання температури протягом головного періоду та ще 10 відліків кінцевого періоду. Результати вимірювань заносять в таблицю 1.1, будують графік залежності DТ від t та визначають DТ_експ. (розділи 1.2.3 – 1.2.5).

3. Експериментально визначають теплоту нейтралізації слабкої кислоти. Для цього в калориметричний стакан заливають 300 мл 0,1 М NaOH, поміщають скляну ампулу з 5 – 10 мл 2 М НАс (або будь-яку іншу слабку кислоту чи луг). Вмикають мішалку, фіксують 9 – 10 відліків початкового періоду. На наступному відліку розбивають ампулу, не припиняючи вимірювання температури протягом головного періоду та ще 10 відліків кінцевого періоду. Результати вимірювань заносять в таблицю 1.1, будують графік залежності DТ від часу і визначають DТ_експ.

4. Розраховують , за співвідношенням (1.8) або (1.2) та (1.5), в залежності від того як визначалась стала калориметру.

5. Обчислюють за співвідношенням (1.16).

Контрольні питання та задачі до лабораторної роботи №2

1. Суть калориметричного методу. Етапи калориметричних вимірювань.

2. Що таке стала калориметра?

3. Які способи визначення сталої калориметра?

4. Чим відрізняються К і К´?

5. Що таке тепловий ефект?

6. Що таке теплота нейтралізації?

7. Чому відрізняється теплота нейтралізації слабкої та сильної кислоти чи лугу?

8. * За довідковими даними розрахуйте тепловий ефект реакції нейтралізації при стандартних умовах. Чи відрізняються ΔН_нейтр та ΔU_нейтр?

9. * Які кислоти та луги можна використовувати для визначення теплоти нейтралізації?

10. * Як визначити тепловий ефект реакції гідроліза ацетат-іона?

11. * Запропонуйте план експерименту для визначення теплового ефекту реакції дисоціації слабкої основи.

12. * Запропонуйте план експерименту для визначення теплового ефекту реакції гідроліза NH₄Cl.