Определение теплового эффекта реакции нейтрализации одноосновной кислоты раствором щёлочи
Цель работы: научиться экспериментально определять тепловые эффекты химических реакций.
Реактивы: 1 М кислоты - соляная или азотная и 1 М щелочи - NaOH или KOH.
Приборы: упрощенный калориметр (рис. 2).
Ход работы
1. Внутренний стакан калориметра взвесить с точностью до 0,1 г (m1), затем налить в него из бюретки 25 мл 1 М раствора кислоты и поместить стакан обратно в калориметр. В другой сухой стакан налить из бюретки 25 мл 1 М раствора щелочи.
2. Измерить температуру раствора кислоты с точностью до 0,1°. Температуру раствора щелочи можно не измерять, т.к. оба раствора хранятся в одной комнате и имеют одну и ту же температуру. Не вынимая из раствора кислоты термометр, быстро вылить раствор щелочи в кислоту. Осторожно перемешать раствор термометром, наблюдая за изменением температуры. Когда повышение температуры прекратится, отметить максимальную температуру раствора.
3. Когда раствор охладится до комнатной температуры, взвесить внутренний стакан калориметра с раствором с точностью до 0,1 г (m2).
 | Рис. 2. Упрощенный калориметр, состоящий из двух стаканов (внешнего емкостью 250 – 300 мл и внутреннего емкостью 100 мл), корковой пробки и термометра с делениями на 0,1° (внутренний стакан для уменьшения теплоотдачи помещен на корковую пробку). |
Форма записи наблюдений и обработка результатов
Масса внутреннего стакана - m1 (г); объем раствора кислоты - Vк (мл); объем раствора щелочи - Vщ (мл); концентрация кислоты - Ск (моль/л); концентрация щелочи - Сщ (моль/л); начальная температура - t1 (°C); конечная температура - t2 (°C); масса внутреннего стакана с раствором - m2 (г).
1. Теплота, выделенная при реакции нейтрализации, расходуется на нагревание раствора: q = с·m (t2 – t1). Теплоемкость раствора (с) принять равной теплоемкости воды, т.е. единице. Теплотой, расходуемой на нагревание калориметра, пренебречь.
2. Массу раствора найти по разности m = m2 – m1.
3. Количество вещества, содержащееся в 25 мл 1 М раствора, составляет 0,025 моль. Тепловой эффект реакции относится к 1 моль и выражается в ккал или кДж (1 ккал = 4,184 кДж). Следовательно, Q = q/0,025 (ккал/моль).
3. Рассчитать тепловой эффект реакции нейтрализации одноосновной кислоты и определить процент ошибки, если теоретическое значение эффекта равно 13,7 ккал.
Контрольные вопросы
1. Дайте определение понятию «энтальпия химической реакции».
2. Напишите уравнения химической реакции (в полном и сокращенном ионном виде), тепловой эффект которой определялся в эксперименте. Каков знак энтальпии и теплового эффекта этой реакции?
3. Какова размерность теплового эффекта химической реакции?
Лабораторная работа № 3
Скорость химической реакции
Цель работы: изучить влияние концентрации реагирующих веществ, температуры и присутствия катализаторов на скорость химической реакции.
Приборы и посуда: весы с разновесом; штатив с лапкой и кольцом; метроном или секундомер; термометр на 100 °С; штатив с пробирками; пробирки емкостью 50 мл с номерами (3 шт.); мерный цилиндр для воды на 25 мл; мерные цилиндры емкостью 25 мл для растворов тиосульфата натрия Na2S2О3 и серной кислоты H2SO4; химические стаканы емкостью 200 мл (2 шт.) и 25 мл (1 шт.); пипетка; шпатель; лучина.
Реактивы: серная кислота H2SO4 (2 н и 1:200); 2) тиосульфат натрия Na2S2О3 (1 н и 1:200); перекись водорода (3 %); оксид марганца (IV).
Ход работы
1. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ.
а) К 1 н раствору тиосульфата натрия Na2S2О3 прилить 2 н раствор серной кислоты H2SO4. Наблюдается помутнение раствора, которое вызвано взаимодействием тиосульфата натрия и серной кислоты с выделением свободной серы:
Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + SO2 + H2O + S.
Время, которое проходит от начала реакции до заметного помутнения раствора, характеризует скорость реакции.
б) В три большие нумерованные пробирки налить разбавленный (1:200) раствор тиосульфата натрия Na2S2O3: в первую - 5 мл, во вторую - 10 мл, в третью - 15 мл. К содержимому первой пробирки добавить 10 мл воды, а второй - 5 мл воды. В три другие пробирки налить по 5 мл разбавленной (1:200) серной кислоты. В каждую пробирку с раствором Na2S2O3 прилить при помешивании по 5 мл приготовленной H2SO4 и определить время с момента добавления кислоты до помутнения раствора в каждой пробирке. Записать результаты:
| № про- бир- ки | V(Na2S2O3), мл | V(Н2О), мл | V(H2SO4), мл | Общий объем раствора, мл | Условная концен-трация Na2S2O3 | Время протекания реакции до появления мути, τ | Скорость реакции в условных единицах, V = (1/τ) |
| - | 1C 2C 3C |
Результаты изобразить графически, отложив на оси абсцисс условные концентрации Na2S2O3 , а на оси ординат - скорость реакции V = 1/τ. Сделать вывод о зависимости скорости реакции от концентрации реагирующих веществ.
2. Зависимость скорости реакции от температуры.
Для опыта взять разбавленные (1:200) растворы Na2S2O3 и H2SO4. Налить в три большие нумерованные пробирки по 10 мл раствора Na2S2O3, в другие три - по 10 мл раствора серной кислоты и разделить их на три пары: по пробирке с раствором Na2S2O3 и H2SO4 в каждой паре. Отметить температуру воздуха в лаборатории, слить вместе растворы первых двух пробирок, встряхнуть и определить время с момента добавления кислоты до помутнения раствора.
Две другие пробирки поместить в химический стакан с водой и нагреть воду до температуры на 10 °С выше комнатной. За температурой следить по термометру, опущенному в воду. Слить содержимое пробирок, встряхнуть и отметить время от слива до появления мути. Повторить опыт с оставшимися двумя пробирками, нагрев их в том же стакане с водой до температуры на 20 °С выше комнатной. Записать результаты:
| № пробирки | V(Na2S2O3), мл | V(H2SO4), мл | Температура, °С | Время до появления мути, τ | Скорость реакции в условных единицах, V = (1/τ) |
| °С °С + 10° °С + 20° |
Построить график зависимости скорости реакции от температур: на оси абсцисс нанести значения температуры в опытах, на оси ординат - величины скорости реакции V = 1/τ.
3. Каталитическое действие оксида марганца (IV).
Налить в пробирку 3 мл 3 % - ного раствора перекиси водорода и ввести туда на кончике шпателя несколько крупинок MnO2. С помощью тлеющей лучины убедиться в выделении кислорода.
Контрольные вопросы
1. Что называют скоростью химической реакции? Какова ее размерность? Как и почему скорость химической реакции зависит от концентрации реагирующих веществ и температуры?
2. Укажите на графике, каким образом определяется порядок реакции.
3. Что такое энергия активации? Каковы ее порядок и размерность? Укажите на графике, каким образом определяется энергия активации.
4. Что такое катализатор, ингибитор? Какие типы катализа Вы исследовали в данной работе? Напишите уравнения реакций и укажите катализатор или ингибитор.