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:
DТ
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 | S°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 |