Основные теоретические положения

Тепловой эффект химической реакции

Как известно, каждое физико-химическое превращение вещества сопровождается превращением энергии. Для сопоставления изменения энергии при различных реакциях в термодинамике используются понятие теплового эффекта, т. е. количества теплоты, которое выделяется или поглощается в химическом процессе при условии равенства начальной и конечной температуры. Тепловой эффект обычно относят к молю реагирующего вещества и выражают в джоулях.

Тепловые эффекты отличаются друг от друга, если процессы происходят в закрытом сосуде (при постоянном объеме V=const) или в открытом сосуде (при постоянном давлении P=const).

Тепловой эффект при постоянном объеме равен убыли внутренней энергии: Q_VT= –∆U_T, а при постоянном давлении – убыли энтальпии:

Q_РT= –∆Н_T

Тепловой эффект не зависит от промежуточных стадий, а определяется лишь начальным и конечным состоянием системы при условии, что единственной работой, совершаемой системой, является работа против внешнего давления и что давление или объем в течении всего процесса остаются неизменными (закон Гесса). С помощью закона Гесса производят различные термохимические расчеты.

Тепловой эффект реакции нейтрализации

Согласно учению о водных растворах электролитов процесс нейтрализации сильной кислоты сильным основанием сводится к соединению ионов водорода с ионами гидроксида:

H⁺+A⁻+Me⁺+OH⁻→H₂O+Me⁺+A⁻

или:

H⁺+OH⁻→H₂O

Поэтому теплота нейтрализации эквивалентных количеств сильных кислот и основание при достаточном разбавлении одна и та же и равна

–57,22 кДж/моль.

Если при нейтрализации кислота или основание (или оба компонента) являются слабыми электролитами, то в этом случае протекают два процесса: процесс диссоциации слабого электролита и процесс нейтрализации:

1) HA↔H⁺+A⁻+∆H_ДИСС.

(НА – слабый электролит)

2) Н⁺+ОН⁻→Н₂О+∆Н_НЕЙТР.

Суммируя уравнения (1) и (2) получим,

НА+ОН⁻↔А⁻+Н₂О+∆Н_Х

Следовательно:

∆Н_Х=∆Н_ДИСС.+∆Н_НЕЙТР. (1)

Определив экспериментально ∆Н_Х и зная ∆Н_НЕЙТР., можно на основании уравнения (1) рассчитать ∆Н_ДИСС.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Описание установки

Определение тепловых эффектов производят в специальных приборах, называемых калориметрами. В зависимости от характера процесса и реагирующих веществ применяют калориметры различных конструкций, но все калориметры содержат калориметрический сосуд, который защищается от потерь тепла и снабжен чувствительным ртутным тепломером или другим устройством для измерения температуры.

Для определения теплот реакций, протекающих в водных растворах, можно использовать калориметрическую установку, изображенную на рис.1.

Рис. 1. Схема калориметрической установки:

1 – наружный стакан; 2 – реакционный стакан; 3 – подставка; 4 – крышка; 5 – мешалка; 6 – термометр; 7 – воронка.

В стеклянный стакан (1) емкостью 0,5л, вставляют другой стакан (2) емкостью 0,3л. Стаканы между собой не должны соприкасаться во избежание потерь теплоты через стенки внутреннего калориметрического сосуда, для чего между ними помещают корковые прокладки. Внутренний стакан закрыт крышкой (4) с тремя отверстиями для проволочной мешалки (5), термометра (6) с ценной деления 0,1⁰С и воронки (7) для смывания в калориметр вещества или наливания раствора.