Экспериментальная часть. ОПЫТ 1. Определение теплоты реакции нейтрализации

ОПЫТ 1. Определение теплоты реакции нейтрализации.

Определяются тепловые эффекты следующих реакций:

HCl (р) + NaOH(р) = NaCl(р) + H2O(ж)

CH3COOH(р) + NaOH(р) = CH3COONa(р) + H2O(ж)

Проводимые реакции различаются силой участвующих в них кислот - соляная кислота является сильной и в растворе полностью диссоциирована на ионы, уксусная кислота слабая и диссоциирует лишь частично. Поэтому химическая сущность изучаемых процессов выражается следующими ионно-молекулярными уравнениями:

H+(р) + OH-(р) = H2O(р)

CH3COOH(р) + OH-(р) = CH3COO-(р) + H2O(ж)

При нейтрализации уксусной кислоты связыванию ионов водорода и гидроксила предшествует процесс диссоциации: CH3COOH = CH3COO- + H+. Теплота диссоциации рассчитывается по закону Гесса ( см. пример 1 ).

Получите у преподавателя задание к опыту и запишите исходные данные:

объемы растворов (мл) VHCl = VCH COOH = VNaOH =

концентрации (моль/л) CHCl = CCH COOH = CNaOH =

Мерным цилиндром отмерьте заданное количество соляной кислоты и перелейте ее в калориметрический сосуд. Соберите калориметр. Наблюдайте за показаниями термометра. При достижении постоянства температуры отметьте ее значение и запишите в таблицу ( Тн ).

Мерным цилиндром отмерьте необходимое количество раствора щелочи и осторожно, но быстро прилейте щелочь к раствору кислоты в калориметре. Приведите калориметр в рабочее состояние и наблюдайте за показаниями термометра. Зафиксируйте и отметьте в таблице максимальноезначение температуры ( Тк ).

В аналогичной последовательности проведите опыт с уксусной кислотой и занесите результаты опыта в таблицу.

Уравнение реакции Тн, °С Тк, °С DТ=Тк -Тн DНэк, кДж DНтеор, кДж
H+(р) + OH-(р) = H2O(р)          
CH3COOH(р) + OH-(р) = CH3COO-(р) + H2O(ж)          

Теплота реакции рассчитывается по формуле:

DНэк = - [( mк + mщ ) C + K ] ¾¾¾ [Дж] ( 6 )

Vк Cк

Где mк и mщ - массы растворов кислоты и щелочи соответственно - принимаются равными объемам VHCl и VNaOH в миллилитрах,

С = 4.18 Дж/г К - удельная теплоемкость реакционной смеси,

К = - постоянная (теплоемкость) калориметра,

DТ = Тк - Тн - изменение температуры в результате реакции,

Vк и Cк - объем кислоты ( в литрах ) и ее концентрация (моль/л) соответственно.

1) По полученным экспериментальным данным рассчитайте теплоту нейтрализации каждой кислоты. Результаты отметьте в таблице.

2) Рассчитайте теоретическое значение стандартной теплоты нейтрализации каждой кислоты, используя следствие из закона Гесса ( ур. 5 ). Результаты отметьте в таблице.

3) К какому типу ( экзо- или эндотермическому ) относятся данные реакции?

4) Рассчитайте относительную ошибку каждого опыта по уравнению:

О.о. = ï(DНэк - DНтеор) / DНтеорï 100 [ % ]

5) Напишите уравнение реакции диссоциации уксусной кислоты:

6) Пользуясь законом Гесса, рассчитайте теоретическое значение теплоты диссоциации уксусной кислоты ( см. пример 1 ):

7) Рассчитайте теплоту диссоциации уксусной кислоты по полученным экспериментальным данным. Сопоставьте полученные результаты.

Вариант контрольного теста .

I. Изолированная система характеризуется следующими свойствами:

1. V = const 2. m = const 3. P = const 4. Q = 0

II. К изобарным процессам относятся процессы, протекающие при:

1. T = const 2. P = const 3. V = const 4. Q = 0

III. Изменение энтальпии определяет:

1. теплоту химической реакции при V= const 3. скорость химической реакции

2. теплоту химической реакции при Р= const 4. направление химической реакции

IV. Определите знак DН для процесса перехода жидкости в пар:

1. DН < 0 2. DН > 0 3. DН = 0

V. Для каких веществ стандартная теплота образования равна нулю:

1. C2H4 2. Fe 3. HF 4. F2 5. NaCl

VI. Для химической реакции BeO(т) + CO2(г) = BeCO3(т) известны значения DН°f, 298(BeO) и

DН°f, 298(BeCO3). Можно ли по этим данным рассчитать теплоту реакции?

1. можно 2. данных недостаточно

VII. Укажите значение теплоты перехода вещества из твердого состояния в жидкое:

1. DН < 0 2. DН > 0 3. DН = 0

VIII. Стандартная теплота реакции 4HCl(г) + O2(г) = 2H2O(г) + 2Cl2(г) рассчитывается по формуле:

1. DHх.р. = 2DH°f,298(H2O) - 4DH°f, 298(HCl)

2. DHх.р. = DH°f,298(H2O) - DH°f, 298(HCl)

3. DHх.р. = 4DH°f,298(HCl) - 2DH°f, 298(H2O)

4. DHх.р. = 2DH°f,298(H2O) + 2DH°f,298(Cl2) - 4DH°f, 298(HCl) - DH°f,298(O2)

IX. Стандартная теплота реакции 3H2(г) + N2(г) = 2NH3(г) равна - 92,4 кДж, стандартная теплота образования NH3 равна:

1. - 92.4 кДж /моль 2. - 46.2 кДж/моль 3. + 92.4 кДж/моль 4. - 184.8 кДж/моль

X. Рассчитайте стандартную теплоту реакции CO(г) + 1/2O2(г) = CO2(г), если известны

DH°f,298(CO) = - 110.5 кДж, DH°f,298(СО2) = - 393.5 кДж

1. + 283 кДж 2. - 283 кДж 3. - 504 кДж 4. 393.5 кДж

Ответы и комментарии.

I. 1, 2, 4 см. определение стр. 1, давление может изменяться

II. 2 см. определение стр. 1

III. 2 см. определение стр. 2, уравнение ( 4 )

IV. 2 процесс испарения сопровождается поглощением энергии

V. 2, 4 энтальпия образования простых веществ по определению равна нулю

VI. 2 должны быть известны термодинамические параметры всех веществ

VII. 2 процесс плавления эндотермический

VIII. 1, 4 см. закон Гесса, уравнение ( 5 )

IX. 2 в данном уравнении участвует 2 моля аммиака

X. 2 см. закон Гесса, уравнение ( 5 )

Контрольные вопросы.

I. Напишите уравнение реакции, тепловой эффект которой равен теплоте образования соединения:

1. H2O(ж) 2. NO2(г) 3. CuO(т) 4. NH3(г) 5. Al2O3(т)

II. Рассчитайте стандартную теплоту реакции 2Cu2O (т) + O2(г) = 4CuO(т), в которой количество прореагировавшего кислорода равно:

1. 2 моля 2. 16 г. 3. 64 г. 4. 11,2 л 5. 44,8 л

III. При диссоциации ортокремниевой кислоты можно рассматривать пять процессов:

а) H4SiO4 = 4 H+ + SiO44- , DH(a)

б) H4SiO4 = H+ + H3SiO4- , DH(б)

в) H3SiO4- = H+ + H2SiO42- , DH(в)

г) H2SiO42- = H+ + HSiO43-, DH(г)

д) HSiO43- = H+ + SiO44- , DH(д)

Как, пользуясь законом Гесса, определить тепловой эффект

1. DН(а) 2. DН(б) 3. DН(в) 4. DН(г) 5.DН(д)

если теплота всех остальных процессов известна. Ответ мотивируйте.

ПРИЛОЖЕНИЕ.

Термодинамические характеристики некоторых веществ.

Вещество DH°f,298 кДж/моль 298 Дж/моль К DG°f,298 кДж/моль
ZnO (к) - 349 43.5 - 318.23
ZnS (к) - 201 57.7 - 198.21
SO2 (г) - 296.9 248.1 - 300.2
NH4Cl (к) - 315.39 94.56 - 203.2
NH3 (г) - 46.19 192.5 - 16.64
HCl (г) - 92.3 186.7 - 94.83
CuO (к) - 162 42.63 - 129.4
Cu2O (к) - 173.2 92.93 - 150.5
O2 (г) 205.04
H2O (ж) - 285.84 69.96 - 237.3
CH3COOH (р) - 484.09 159.83 - 396.7
CH3COO- (р) - 485.64 87.58 - 369.36
H+ (р)
OH- (р) - 230.02 - 10.71 - 157.35

Наши рекомендации