Определение теплового эффекта химического процесса

Ц е л ь р а б о т ы: Экспериментально определить тепловой эффект растворения неорганических соединений, овладеть методикой расчетов тепловых эффектов.

О б о р у д о в а н и е и м а т е р и а л ы: калориметр со взвешенным стаканом, термометр с ценой деления 0,1º, технохимические весы с разновесами, бюкс с крышкой. мерный цилиндр, кристаллический нитрат аммония NН₄NО₃ или другая соль (NН₄Cl, КNО₃), безводная соль СuSО₄

Методика выполнения работы

Определение тепловых эффектов химических процессов проводят с помощью калориметрической установки (рис.2). Она состоит из наружного стакана 1 емкостью 500 мл и внутреннего (собственно калориметра) емкостью 350 мл 2, установленного на эбонитовой подставке. Калориметр закрывается эбонитовой крышкой 3, имеющей три отверстия: для термометра 4, пробирки 5, в которой помещается вещество, предназначенное для растворения, и для мешалки 6. Мешалка изготовлена из стеклянной трубки, внутрь которой вмонтирован электрический нагреватель 8. В пробирку с растворяемым веществом помещается стеклянная палочка с острым концом 7, служащая для разбивания дна пробирки. Под номерами 9-12 указаны принадлежности, выполняющие вспомогательные функции при определении тепловых эффектов.

Опыт №1. Определение знака теплового эффекта процесса растворения соли в воде.

В калориметрический стакан почти до дна опустить укрепленный в штативе термометр. Загрузить 30 г кристаллического нитрата аммония в стакан так, чтобы шарик термометра был закрыт. Затем в стакан влить 50 см³ воды и поместить в него пробирку, на четверть заполненную водой. Осторожно помешать стеклянной палочкой. Определить знак теплового эффекта процесса растворения нитрата аммония в воде, основываясь на том факте, что вода в пробирке замерзает. Для этого опыта можно брать и другие вещества (NН₄Cl, КNО₃).

Опыт №2. Установление количественного значения теплового эффекта процесса растворения соли.

Взвесить на технохимических весах бюкс с крышкой. Затем поместить навеску (2-4 г ) безводной соли СuSО₄ в бюкс, накрыть его крышкой и снова произвести взвешивание. Быстро перенести навеску в калориметрический стакан. Отмерить цилиндром 50 см³ дистиллированной воды, замерить ее температуру Т₁. Часть воды перелить в стакан, а оставшейся водой тщательно обмыть бюкс , и остатки слить в калориметрический стакан. Быстро помешивая, замерить максимальную температуру раствора Т₂ с точностью до 0,1 ºС.

Результаты свести в таблицу 3.2.

Масса бюкса, г	Масса бюкса с СuSО4, г	Навеска СuSО4, г	Vводы, см3	Т1 (до реакции), К	Т2 (после реакции), К	ΔТ, К	ΔНоп (опыт ное)	ΔНт (теоре ти ческое)

Расчеттеплового эффекта:

1.Рассчитать, сколько теплоты (ΔН) выделяется при растворении взятой навески СuSО₄

ΔН = (m_ж ·С_ж + m_ст ·С_ст) · ΔТ , (Дж),

где m_ж и m_ст - масса жидкости в стакане и масса самого стакана, кг; С_ж и С_ст – удельные теплоемкости стекла и жидкости (С_ст = 0,75·10³ Дж/кг· К, С_воды = 4,18·10³ Дж/кг· К), m_ж = V_воды·ρ (ρ=1г/см³)

2. Рассчитать тепловой эффект реакции нейтрализации (ΔН_оп):

,

где М _СuSО4 - молярная масса соли.

– молярная масса соляной кислоты.

3. Определить относительную ошибку опыта. Гидратация безводной соли и растворение пятиводной соли (кристаллогидрата в воде) выражается уравнениями:

СuSО₄ + 5 Н₂О = СuSО₄ · 5 Н₂О, ΔН = -74,4 кДж

СuSО₄ · 5 Н₂О + аq = СuSО₄ · аq, ΔН = +11,0 кДж

ΔН_т (СuSО₄ · 5 Н₂О) = -63,4 кДж

Контрольные вопросы

1. Что называется стандартной энтальпией образования соединения? Какие условия принято называть стандартными?

2. Какие химические реакции называются экзотермическими, эндотермическими?

7. Стандартные энтальпии образования ΔН⁰₂₉₈(кДж/моль) ΝН₃ и РН₃ равны соответственно – 46,2 и + 5,4. Какой следует сделать вывод из этих данных об относительной устойчивости молекул ΝН₃ и РН₃?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5