Следствия из закона Гесса
а) Расчет теплового эффекта химической реакции по стандартным теплотам образования.
Стандартной теплотой образования вещества называют теплоту, которая выделяется или поглощается при образовании одного моля данного вещества в стандартном состоянии из простых веществ, взятых в стандартном состоянии при данной температуре. Стандартную теплоту образования принято обозначать ΔfH° (298). Стандартные теплоты образования соединений существенно зависят как от природы вещества, так и от его состояния.
Из закона Гесса следует, что теплота химической реакции равна алгебраической сумме теплот образования реагирующих веществ с учетом их стехиометрических коэффициентов, причем теплоты образования продуктов реакции берутся со знаком плюс, а теплоты образования исходных веществ – со знаком минус.
б) Расчет теплоты сгорания.
Стандартной теплотой сгорания называют теплоту, которая выделяется при полном сгорании одного моля вещества, взятого в стандартном состоянии при данной температуре, до конечных продуктов окисления.
Из закона Гесса следует, что теплота химической реакции равна алгебраической сумме теплот сгорания реагирующих веществ с учетом их стехиометрических коэффициентов, причем теплоты сгорания продуктов реакции берутся со знаком минус, а теплоты сгорания исходных веществ - со знаком плюс.
в) Теплота нейтрализации.
Теплотой нейтрализации называют теплоту, выделяющуюся или поглощающуюся при нейтрализации одного моль-эквивалента кислоты одним моль-эквивалентом основания.
г) Теплота растворения.
Теплотой растворения называют количество тепла, выделяющееся или поглощающееся при растворении одного моля вещества в таком объеме растворителя, когда его дальнейшее прибавление не вызывает выделения или поглощения тепла.
Теплоемкость
Теплоемкость – это количество тепла, необходимое для повышения температуры вещества на 1°. Молярная теплоемкость относится к количеству вещества в один моль. Удельная теплоемкость – это количество тепла, необходимое для нагрева 1 г вещества на 1°.
Если системе с массой m или количеством вещества n сообщить количество теплоты Q , то ее температура повысится от T1 до T2. Взаимосвязь между Q, массой системы m (или количеством вещества n) и изменением температуры можно представить уравнением
Q = mC (T2 – T1) = nCm(T2 – T1),
C – удельная теплоемкость; Cm – молярная теплоемкость.
Контрольные вопросы
1. Первый закон термодинамики.
2. Применение первого закона термодинамики к различным процессам (изобарный, изохорный, изотермический, адиабатный).
3. Энтальпия.
4. Закон Гесса.
5. Расчет теплового эффекта химической реакции по стандартным теплотам образования
6. Теплота сгорания, нейтрализации и растворения.
7. Теплоемкость.
Литература
1. Киселев П.А., Бокуть С.Б. Курс лекций по физической химии, Учебное пособие, Минск, МГЭУ им. А.Д. Сахарова, 2005, 141 С.
2. Киселев П.А., Бокуть С.Б. Курс лекций по коллоидной химии, Учебное пособие, Минск, МГЭУ им. А.Д. Сахарова, 2005, 54 С.
3. Бокуть С.Б., Подобед Л.Ф., Киселев П.А., Сборник задач по физической и коллоидной химии, Учебное пособие, Минск, МГЭУ, 2007, 99 С.,
4. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия. М.: Высшая школа, 2003.
5. Физическая химия. Под ред. Краснова К.С. М.: Высшая школа, 1982.
Ход работы
| Задание | Определить тепловой эффектΔН иΔН° реакции нейтрализации: NaOH(aq) + HCl(aq) = NaCl(aq) + H2O(ж) |
1. Используя таблицу стандартных теплот образования веществ и закон Гесса рассчитать теплоту реакции нейтрализации ΔfH0298.
NaOH + HCl = NaCl + H2O,
Na+ + OH¯ + H+ + Cl¯ = Na+ + Cl¯ + H2O
OH¯ + H+ = H2O
Согласно первому следствию из закона Гесса:
ΔfH°нейтр.= ΔfH°H2O – (ΔfH°ОН¯ + ΔfH°Н+)
Сравнитьполученнуюв расчетах величинуΔfH°нейтр.,с экспериментальным значением.
2. Определить теплоту реакции нейтрализации ΔH° с помощью калориметра:
- взвесить калориметрический стакан;
- отмерить мерным цилиндром 30 мл раствора NaOH;
- перелить его в калориметрический стакан;
- измерить температуру раствора NaOH (Т1);
- отмерить мерным цилиндром 30 мл HCl;
- измерить температуру раствора HCl (Т1);
- прилить его через воронку в калориметрический стакан;
- перемешать раствор стеклянной палочкой и определить температуру после смешивания растворов (Т2);
- взвесить стакан с раствором.
Опыт повторить 3 раза.
Рассчитать ΔH° по формуле: ΔH°=ΔH/n
n – количество NaOH (моль), n = СNaOH´VNaOH
СNaOH – концентрация NaOH (М), VNaOH – объем NaOH (л)
ΔH =–СсΔТ
Сс – удельная теплоемкость системы (Дж/°К),Сс = m1C1 + m2C2
m1 – масса стакана (г), m2 – масса раствора (г),
С1 –удельная теплоемкость стекла, С1 = 0,753 Дж/(г К),
С2 – удельная теплоемкость раствора, С2 = 4,184 Дж/г К.
ΔТ = Т2 – Т1 (°К)
Результаты внести в таблицу
| № опыта | ΔТ, °К | ΔH, кДж | ΔH°, кДж/моль | ΔH°ср., кДж/моль |
| 1. | ||||
| 2. | ||||
| 3. |
3. Рассчитать ошибки (погрешности): σср. – средняя ошибка,σабс. – абсолютная погрешность иσотн. – относительная погрешность.
σср. = 1/3 √ (ΔH°1–ΔH°ср) + (ΔH°2–ΔH°ср) + (ΔH°3–ΔH°ср), (кДж/моль)
σабс. = │ΔH°ср–ΔfH°│, (кДж/моль)
│ΔH°ср–ΔfH°│
σотн. = ──────────´100%, (%)
│ΔfH°│
Оформление работы
К занятию:
1. Кратко законспектировать теоретический материал по лабораторной работе.
Во время занятия:
2. Описать этапы работы.
3. Заполнить таблицу.
4. Оформить результаты измерений.
5. Сделать выводы.
Лабораторная работа № 2
| Тема: Цель работы: | Равновесие химических реакций Изучить влияние концентрации реагирующих веществ, температуры и рН на положение химического равновесия. Определить константы равновесия реакции диссоциации слабой органической кислоты (п-нитрофенола). |
Оборудование и материалы:
· Спектрофотометр «Photometer 4010»;
· Кюветы полистирольные
· Пробирки стеклянные;
· Пробирки стеклянные мерные;
· Штативы для пробирок;
· Пипетки стеклянные.
Реактивы:
· Раствор KSCN (2 %);
· Раствор KSCN (0,2 %);
· Раствор FeCl3 (20 %);
· Раствор FeCl3 (2 %);
· Кристаллы KCl;
· Раствор крахмала (0,1 %);
· Насыщенный раствор йода;
· Раствор п-нитрофенола (0,01 М);
· Буферный раствор с рН 3,56;
· Буферный раствор с рН 6,86;
· Буферный раствор с рН 12,45;
· Вода дистиллированная.
Теоретическая часть