Теплота нейтрализации и её определение
Теплота нейтрализации равна количеству теплоты, выделяющейся при реакции нейтрализации эквивалентных количеств кислоты и щелочи с образованием одного моля жидкой воды. В случае разбавленных растворов нейтрализация сильных кислот сильным основанием сопровождается, независимо от их природы, выделением 55,9 кДж/моль тепла. Это связано с тем, что при взаимодействии сильных кислот и оснований, полностью диссоциированных в водных растворах, образуются молекулы воды:
1/2 H2SO4(p)+ KOH(p)= 1/2 K2SO4(р) + Н2О(ж),
НС1(p)+ NaOH(p) = NaС1(p) + Н2О(ж),
или в ионно-молекулярном виде: H+(p) + ОН-(p) = Н2О(ж)
∆Н°298 = -55,9 кДж.
Таким образом, теплота нейтрализации 1 эквивалента сильной кислоты 1 эквивалентом основания равна теплоте образования одного моля жидкой воды из ионов водорода и гидроксид-ионов. Поэтому тепловые эффекты таких реакций одинаковы.
При нейтрализации разбавленного раствора слабой кислоты или слабого основания теплота нейтрализации может отличаться от указанной выше величины, так как процессу образования воды предшествует диссоциация слабого электролита. Теплота нейтрализации в этом случае складывается из двух величин: теплоты образования 1 моля воды из ионов H+ и ОН- и теплоты диссоциации слабого электролита.
∆Н = -55,9 + ∆Ндисс (4)
где ∆Н - теплота нейтрализации (кДж/моль); ∆Ндисс. - теплота диссоциации слабого электролита (кДж/моль). Теплота диссоциации может быть как положительной, так и отрицательной величиной. Она определяется теплотой, поглощенной при распаде молекул слабого электролита на ионы и теплотой гидратации этих ионов молекулами растворителя.
ХОД РАБОТЫ
В сухой калориметр залейте, по указанию преподавателя, из бюретки 25 мл раствора NaOH или КОН определенной концентрации и закройте пробкой. Раствор выдержите в калориметре 10-15 минут до установления теплового равновесия и измерьте tнач. Затем мерным цилиндром отмерьте 25 мл НСl или НNОз, быстро прилейте в калориметр, хорошо перемешайте и замерьте максимальную температуру раствора t°кон.
Вычисление теплового эффекта реакции нейтрализации ведут по формуле
∆Н =Vρc∆t, Дж, (5)
где V - объем раствора в точке нейтрализации (VНСl + VNaOH),(мл);
ρ- плотность раствора (принять равной 1г/мл);
с - удельная теплоемкость раствора (воды); с = 4,184 Дж/г∙К;
∆t -изменение температуры в процессе опыта.
Составьте уравнение реакции нейтрализации и рассчитайте теплоту нейтрализации эквивалента кислоты эквивалентом щелочи. Рассчитайте относительную ошибку опыта в процентах.
Таблица 1
Термодинамические константы некоторых веществ
| Вещество | Фазовое состояние | ∆Н°298 обр кДж/моль | ∆G°298 кДж/моль | S°298, Дж/моль∙К |
| Ag | ТВ | 42,58 | ||
| Ag2O | ТВ | -31,15 | -11,26 | 121,04 |
| Al | ТВ | 28,36 | ||
| Al2 О3 | ТВ | -1676,8 | -1583,3 | 50,95 |
| As | ТВ | 35,63 | ||
| As2 О3 | ТВ | -619,2 | -538,0 | 107,1 |
| As2 О5 | ТВ | -914,6 | -772,4 | 105,4 |
| Br2 | Ж | 152,31 | ||
| Br2 | Г | 30,92 | -3,13 | 245,35 |
| Bi | ТВ | 56,9 | ||
| Bi2 О3 | ТВ | -578,2 | -497,7 | 151,0 |
| С(графит) | ТВ | 5,74 | ||
| С(алмаз) | ТВ | 1,89 | 2,83 | 2,38 |
| СH4 | Г | -74,86 | -50,85 | 186,44 |
| С2H2 | Г | 226,17 | 208,61 | 200,97 |
| С2H4 | Г | 52,5 | 68,38 | 219,43 |
| С2H6 | Г | -54,78 | -33,00 | 229,65 |
| С3H8 | Г | -103,92 | -23,49 | 270,09 |
| С4H6 | Г | 110,24 | 150,77 | 278,92 |
| Продолжение таблицы | ||||
| Вещество | Фазовое состояние | ∆Н°298 обр кДж/моль | ∆G°298 кДж/моль | S°298, Дж/моль∙К |
| н - С4H10 | Г | -126,23 | -17,17 | 310,33 |
| H - С5H12 | Г | -146,54 | -8,37 | 349,18 |
| С6H6 | Г | 82,98 | 129,75 | 269,38 |
| С6H12 | Г | -123,22 | 31,78 | 298,44 |
| н – С6H14 | Г | -167,30 | -0,25 | 388,66 |
| СH3OH | Ж | -239,61 | -167,20 | 126.69 |
| C2H5OH | Г | -234,5 | -168,18 | 282,60 |
| CO С12 | Г | -220,27 | -206,88 | 283,91 |
| CO | Г | -110,60 | -137,23 | 197,67 |
| CO2 | Г | -393,77 | -394,64 | 213,82 |
| CS2 | Г | 116,14 | 65,96 | 237,94 |
| Са | ТВ | 41,45 | ||
| СаС12 | ТВ | -796,30 | -1011.50 | 104,70 |
| СаО | ТВ | -635,51 | -604.45 | 39,77 |
| СаС2 | ТВ | -59,90 | -64,90 | 70,00 |
| Сu | ТВ | 33,20 | ||
| СuО | ТВ | -162,10 | -129,50 | 42,73 |
| Сu2О | ТВ | -173,30 | -150,60 | 92,99 |
| С12 | Г | 223,17 | ||
| F2 | Г | 202,85 | ||
| Продолжение таблицы | ||||
| Вещество | Фазовое состояние | ∆Н°298 обр кДж/моль | ∆G°298 кДж/моль | S°298, Дж/моль∙К |
| Fe | ТВ | 27,15 | ||
| FeO | ТВ | -265,00 | -244,46 | 60,79 |
| Fe2O3 | ТВ | -822,70 | -740,83 | 87,50 |
| Fe3O4 | ТВ | -1117,90 | -1014,84 | 146,29 |
| H2 | Г | 130,60 | ||
| HF | Г | -270,90 | -272,99 | 173,79 |
| HCl | Г | -92,36 | -95,36 | 186,91 |
| HBr | Г | -36,30 | -53,37 | 198,79 |
| HI | Г | 25,94 | 1,78 | 206,30 |
| HI | Р | -55,20 | -51,50 | 111,30 |
| H2О | Ж | -286,02 | -237,40 | 70,00 |
| H2O | ТВ | -291,85 | -234,08 | 39,40 |
| H2O | Г | -241,98 | -228,75 | 188,85 |
| H2S | Г | -20,15 | -33,83 | 193,86 |
| H2Se | Г | 33,00 | 19,72 | 218,97 |
| H2Te | Г | 154,39 | 138,49 | 234,30 |
| I2 | Г | 62,24 | 19,37 | 260,58 |
| I2 | ТВ | 116,23 | ||
| Cd | ТВ | 51,77 | ||
| CdO | ТВ | -260,00 | -229,30 | 54.80 |
| Mg | ТВ | 32,70 | ||
| MgO | ТВ | -602,10 | -569,82 | 26,96 |
| N2 | Г | 191,50 | ||
| Продолжение таблицы | ||||
| Вещество | Фазовое состояние | ∆Н°298 обр кДж/моль | ∆G°298 кДж/моль | S°298, Дж/моль∙К |
| NO2 | Г | 33,50 | 51,58 | 240,32 |
| NH3 | Г | -45,80 | -16,29 | 192,79 |
| N2O4 | Г | 9,60 | 98,01 | 340,00 |
| Na | ТВ | 51,33 | ||
| Ni | ТВ | 29,90 | ||
| NiO | ТВ | -239,70 | -211,60 | 37,90 |
| O2 | Г | 205,00 | ||
| Оз | Г | 142,30 | 162,70 | 238,80 |
| P(красный) | ТВ | -18,41 | 8,37 | 22,80 |
| P(белый) | ТВ | 41,11 | ||
| P2O5 | ТВ | -1506,24 | -1363,98 | 135,98 |
| P2O5 | Г | -2093,0 | -1943,0 | 157,0 |
| РС13 | Г | -279,70 | -260,63 | 311,92 |
| РС15 | Г | -367,20 | -297,34 | 364,70 |
| РН3 | Г | 5,44 | 13,39 | 210,10 |
| Rb | ТВ | 76,20 | ||
| Rb2O | ТВ | -330,11 | -290,79 | 109,62 |
| S (ромб) | ТВ | 31,88 | ||
| S(моноклин) | ТВ | 0,38 | 0,19 | 32,55 |
| SO2 | г | -297,10 | -300,41 | 248,24 |
| SO3 | г | -396,11 | -371,41 | 256,86 |
| Si | ТВ | 18,84 | ||
| SiO2 | ТВ | -862,10 | -803,60 | 27,80 |
| Zn | ТВ | 41,66 | ||
| ZnO | ТВ | -350,86 | -320,88 | 43,67 |
| Окончание таблицы | ||||
| Pb | ТВ | 64,80 | ||
| PbS | ТВ | -100,40 | -98,80 | 91,20 |
Таблица 2
Теплоты растворения некоторых веществ
| Вещество | ∆Н°раств, кДж/моль | Вещество | ∆Н°раств, кДж/моль |
| NH4NO3 | 26,90 | K2SO4 | 27,14 |
| Na NO3 | 21,21 | Na2SO4∙10H2O | 78,51 |
| K NO3 | 36.02 | Cu SO4 | -66,54 |
| Na2СО3∙10H2O | 66,58 | CuSO4∙5 H2O | 11,70 |
| NaOH | -42,28 | Ca С12 | -76,04 |
Варианты домашних заданий
| № варианта | № задач | № варианта | № задач |
| 1. | 5,20,35,59,78 | 13. | 12,26,42,59,80з |
| 2. | 6,21,36,51.76 | 14. | 14,13,28,43,69,80и |
| 3. | 7,22.37.52,79 | 15. | 16,39,47,65,82 |
| 4. | 8,23,39.55,80б | 16. | 13,42,55,80а |
| 1,17,33,49,78 | 9,25,41,57,80ж | ||
| 6. | 2,18,34,50,79 | 10,26,42,58,803 | |
| 7. | 3,19,35,51,80а | 11,27,43, 59, 80и | |
| 8. | 4,20, 36, 52,806 | 12,28,44, 60, 80к | |
| 9. | 5,21, 37, 53, 80в | 13, 29, 45.61, 80л | |
| 10. | 6, 22, 38, 54, 80г | 14,30,46, 64, 81 | |
| 11. | 7,23, 39, 55, 80д | 15,31,47,65,82 | |
| 12. | 8, 24, 40, 56, 80е | 16,32,48,66,83 |