Работа 3. измерение теплового эффекта реакции нейтрализации
Определение тепловых эффектов химических процессов является задачей термохимии. Термохимические методы имеют большое значение не только в химических, но и в медико-биологических науках. Энергия, необходимая живым организмам для совершения работы, поддержания постоянной температуры тела и т.д., получается за счет экзотермических реакций окисления, протекающих в клетках. Запас окисляющихся веществ (углеводов, жиров) постоянно возобновляется при приеме пищи. Пищевые рационы, необходимые человеку при различных условиях труда и жизни, определяются с учетом теплотворной способности пищевых продуктов.
ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ:
Овладеть методикой калориметрического метода измерения теплового эффекта реакции нейтрализации и расчета энтальпии нейтрализации.
ЗАДАНИЕ:
Выполните три лабораторных опыта, результаты запишите в таблицу. Составьте отчет по теме.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ
РАБОТЫ:
Во взвешенный калориметрический стакан поместите 50 мл 1,0 М раствора основания и измерьте его температуру. В отдельный стакан отмерьте 50 мл 1,0 М раствора кислоты и запишите показания термометра. Затем через воронку влейте раствор кислоты в калориметр. Отметьте самую высокую температуру, которую покажет термометр после сливания растворов.
Определение проведите два раза с сильными кислотами и основаниями и один раз со слабыми. Начинайте определение со слабых:
NH3 aq + CH3COOH aq = CH3COONH4 aq, ΔH1 < 0
NaOH aq + HCl aq = NaCl aq + H2O ж, ΔH2 < 0
KOH aq + HNO3 aq = KNO3 aq + H2O ж, ΔН3 < 0
Результаты занесите в табл. 3.
Таблица 3
| Наименование величины | |||
| Масса калориметрического стакана, m, г | |||
| Концентрация растворов, С, моль/л | |||
| Объем каждого раствора, V, мл | |||
| Температура основания, tосн., оС | |||
| Температура кислоты, tк., оС | |||
| Начальная температура, t1=0,5(tосн.+tк.), оС | |||
| Температура нейтрализации, t2, оС | |||
| Общая масса растворов, m2 = 2Vρ, г | |||
| Энтальпия нейтрализации, ∆Нонейтр., Дж/моль |
По результатам опытов вычислите энтальпию нейтрализации 1 моля кислоты (основания) по формуле:
;
где Δt = t2 – t1
C – теплоемкость калориметрической жидкости и всех соприкасающихся с ней частей калориметра: стакана, мешалки, термометра:
С = ΣСi·mi , так что С = С1·m1 + C2·m2
Удельная теплоемкость стекла (Ст) равна 0,753 Дж/г·град, раствора (Ср) – 4,184 Дж/г·град, ρ – плотность раствора – 1 г/мл, V и С – объем и молярная концентрация кислоты (основания).
ВЫВОДЫ:
1. Объясните, почему реакция нейтрализации 1 моля любой сильной одноосновной кислоты (НС1, HNO3 и т.п.) сильными основаниями (NaOH, KOH и т.п.) в достаточно разбавленных водных растворах сопровождается почти одинаковым экзотермическим тепловым эффектом, при 298 К незначительно отклоняющимся от -55,900, при 291 К -57,363 кДж/моль.
2. Объясните, почему для слабых электролитов в реакции нейтрализации выделяется значительно меньшее количество теплоты.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:
1. Исходя из значений ΔНо реакций:
MgO k + 2H+aq = Mg2+aq + H2O ж, ΔНо1 = -145,6 кДж
Н2О ж = Н+aq + OH-aq ΔHo2 = 57,5 кДж,
вычислите значение ΔНо3 для реакции растворения оксида магния в воде:
MgOk + H2Oж = Mg2+aq + 2OH-aq , ΔHo3
Cокращение «aq» обозначает разбавленный водный раствор.
2. Используя значения стандартных энтальпий образования СО2 и MgO, равных соответственно -393,5 и -601,8 кДж/моль, вычислите ΔНо реакции: 2Mgk + CO2 г = 2MgOk + Cт
3. Вычислите стандартное изменение энтальпии реакции:
Ст + 2Н2 г + ½ О2 г = СН3ОНж, если стандартные энтальпии сгорания С, Н2 и СН3ОН равны соответственно -395, -286, -712 кДж/моль.
ЛИТЕРАТУРА:
1. С.16-21; 2. С. 17-22; 4. С. 51-56; 5. С. 6-14; 6. С. 73-84.