Опыт 2. Определение энтальпии процесса растворения соли в воде

Предлагается определить энтальпию растворения безводной соли нитрата аммония NH₄NO₃ и сравнить ответное значение с теоретическим, вычисленным по закону Гесса.

Процесс растворения безводной соли NH₄NO₃ с образованием катионов аммония и нитрат анионов сопровождается поглощением теплоты:

NH₄NO₃=NH₄⁺+NО₃ -Q

Понижение температуры при растворении соли в воде может быть измерено опытным путем и использовано при расчете энтальпии растворения.

Теоретическое значение энтальпии растворения 1 моля безводной соли NH₄NO₃ равно: ∆Hº_раств = - 6,4 ккал (26,7 кДж).

Последовательность проведения:

1) в сухой реакционный стакан калориметра налейте 50 мл дистиллированной воды, отмеренной измерительным цилиндром;

2) подождите в течение 2-3 мин. выравнивание температуры калориметра и окружающей среды; затем опустите в раствор термометр и, не касаясь дна стакана, измерьте температуру раствора с точностью до 0,1ºС, обозначив ее как t_нач.;

2) на технохимических весах взвесьте на листке пергаментной бумаги 3 г нитрата аммония NH₄NO, с точностью 0,01 г;

3) сложите листок в виде маленькой воронки, вставьте ее узким концом в свободное отверстие крышки калориметра, аккуратно высыпьте через нее навеску соли в стакан калориметра с водой;

4) осторожно перемешивая раствор мешалкой, следите за понижением температуры в течение 5-6 мин, в конце наблюдений запишите минимальную температуру, обозначив ее как t_кон.

Обработка результатов и расчеты:

1) результаты наблюдений запишите в таблицу 4.2.

Таблица 4.2.

Время от начала опыта, мин		0,5	1,0	1,5	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0
t, 0С

2) рассчитайте тепловой эффект растворения безводной соли:

q = ∆t(m_в + 0,18 m_ст) ·10^-3 [ккал]

где m_в – масса воды;

m_ст – масса реакционного стакана.

3) пересчитайте тепловой эффект на 1 моль безводной соли:

[ккал/моль], где

М_с – молярная масса соли, г/моль;

m_с – навеска соли, г.

4) сравните полученное опытное значение со стандартным значением энтальпии растворения соли, учитывая, что Q= - ∆Н^оп._раств..

5) вычислите относительную погрешность (в %) эксперимента:

П = │ ∆Н_{нейтр.теор.} -∆Н_{нейтр.эксп. . .} 100 %│

∆Н_{нейтр.теор.}

Контрольные вопросы и задания

1. Что называется энтальпией образования вещества? Энтальпией разложения?

2. Какова зависимость между теплотой образования какого-либо химического соединения и теплотой его разложения?

3. Сформулируйте закон Гесса.

4. Как можно подсчитать тепловой эффект химической реакции, если известны энтальпии образования исходных веществ и продуктов реакции?

5. Вычислите тепловой эффект реакции полного сгорания ацетилена С₂Н₂ (стандартные теплоты образования см. приложение). Ответ: ΔН = -2600,0 кДж (-621,22 ккал).

6. Вычислите тепловой эффект одной из реакций, протекающих в доменной печи:

Fe₂O₃ + 3CO = 2Fe + 3CO₂ + ΔH

(стандартные теплоты образования см. приложение).

Ответ: ΔН = -27,29 кДж (-6,53 ккал).

7. Что такое теплота гидратации? Теплота растворения?

8. Теплота растворения какой соли больше: безводной CuSO₄ или CuSO₄*5H₂O? Ответ мотивируйте.

9. Одинакова ли теплота нейтрализации: а) 1 эквивалента, б) 1 моля соляной, азотной и серной кислот сильной щелочью?

10. При каких условиях тепловой эффект химической реакции численно равен изменению энтальпии?

11. Какие реакции называются экзотермическими:

1)Q_p < 0; 2)ΔS > 0; 3)ΔS < 0; 4) ΔH > 0; 5) ΔH < 0?

12. При разложении 0,5 моль СО₂ поглощается 196,7 кДж теплоты. Определить энтальпию образования СО₂ (в кДж/моль).

13. Для какого вещества энтальпия образования равна нулю:

1)Н₂О₂; 2)H₂SO₄; 3)O₂; 4)CaCO₃; 5)O₃; 6)N₂; 7)Cl₂

14. Из данных по окислению As₂O₃ кислородом и озоном вычислить изменение энтальпии при переходе 1 моля кислорода в озон:

As₂O₃ (к) + О₂ (г) = As₂O₅ (к) ΔН₁º=-270,8 кДж/моль;

3As₂O₃ (к) + 2О₃ (г) = 3As₂O₅ (к) ΔН₂º=-1096,2 кДж/моль.

Ответ: +96,4 кДж/моль.

Рекомендуемая литература

1. Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии/ Под ред. В.А. Рабиновича и Х.М. Рубиной. – М.: Интеграл – Пресс, 2003. – с.66.

2. Морозов В.В., Тюльнин В.А., Юшина Т.И. Основы химической термодинамики. Учебное пособие по дисциплине «Термодинамика» для студентов, обучающихся по специальности «Обогащение полезных ископаемых». – М.: МГГУ. 2008. – с.42.