Определение теплоты реакции нейтрализации
Цель работы - определить теплоту реакции нейтрализации сильной кислоты сильным основанием и сопоставить с теоретически рассчитанной величиной.
Теоретическая часть
Теплотой нейтрализации называется количество тепла, которое выделяется при взаимодействии 1 моль сильной кислоты с 1 моль сильного основания.
При нейтрализации сильных кислот и оснований теплота нейтрализации почти одинакова. По мере разбавления реагентов теплота нейтрализации приближается к предельной величине, равной 56762, 16 Дж/ г-экв при 20°С.
Эта величина представляет собой теплоту образования молекул воды из ионов водорода и гидроксила: Н++ ОН-= Н2 О+DQ.
Реакцию нейтрализации, например, раствора соляной кислоты раствором гидроксида натрия можно записать так:
НС1xH2O +NaOH yH2O = NaCl (x+y)H2O + H2O 2aq+DQ,
где х и у - число молей воды на 1 моль реагента.
Теплоту нейтрализации DQнейтр (в расчете на 1 моль кислоты) определяют из уравнения
DQнейтр= DQобщ- DQраств (9)
где DQобщ- тепловой эффект нейтрализации и разбавления кислоты щелочным раствором;
DQраств - тепловой эффект растворения концентрированной кислоты в том же объеме воды (500 мл).
Расчет DQобщ и DQраств ведется на основании изменения температуры - Dtобщи Dtраств - в двух калориметрических опытах:
а) опыта с одновременной нейтрализацией и разбавлением кислоты;
б) вспомогательного опыта для определения только теплоты разбавления (растворения) кислоты.
Порядок проведения работы
Опыт № 1. Определение Dtобщ
· Приготовить раствор щелочи: в стакан налить 350 мл воды и растворить 4,9 г едкого натра.
· Термометр Бекмана настроить на нижнюю часть шкалы. Опущенный в раствор щелочи термометр должен показывать 0,5-1°С.
· Раствор щелочи вылить в калориметр (рисунок 2), сверху установить крышку. Мешалку и термометр погрузить в раствор щелочи.
 Рис. 2. Общий вид калориметра: 1 – термометр Бекмана; 2 – электродвигатель; 3 – воронка; 4 – сосуд Дьюара; 5 – мешалка |
· Включить мешалку. Замеры температуры производить произвольно, с любого момента, через каждые 0,5 мин до тех пор, пока система не стабилизируется.
· Через воронку в калориметр, не останавливая мешалку, влить 5 мл соляной кислоты. Отсчет температуры продолжить до тех пор, пока система вновь не стабилизируется. Затем опыт прекратить.
· Показания термометра Бекмана занести в таблицу и построить график в координатах температура - время (см. разд.2.6.). По графику определить изменение температуры Dtобщ.
Опыт № 2. Определение Dtраств
Опыт проводится аналогично опыту №1, только вместо раствора щелочи берется 350 мл воды.
Показания термометра Бекмана заносят в таблицу. Для определения Dtраств по полученным данным строят график в координатах температура-время.
По окончании опытов рассчитывают DQ общи DQраств по формуле:
DQ= -DН = (Ск+m c) Dt M/q (10),
где Ск - теплоемкость калориметра, Дж/град;
m - масса раствора в стакане, г;
с - удельная теплоемкость раствора в опыте, Дж/(г град);
D t- изменение температуры раствора в опыте (график);
M - молярная масса кислоты, г/моль;
q - масса кислоты, q=1,80 г.
Затем из формулы (1) ведут расчет DQнейтр.
Примечание: ввиду того, что раствор сильно разбавлен, его плотность приближенно можно принимать равной плотности воды r=1 г/см, а теплоемкость исследуемого раствора равной 4,1Дж/(г град).
Оформление работы см. в разд. 2.7.
Контрольные вопросы
1. Что понимают под термином “теплота реакции нейтрализации”? Зависит ли она от природы кислоты и основания?
2. Рассчитайте теплоту реакции нейтрализации, используя данные таблицы “Термодинамические свойства простых веществ, соединений и ионов в водных растворах”.
3. Дайте определение теплоты разбавления. Как ее учитывают при термохимических измерениях? Рассчитайте теплоту разбавления 1,5 мл 5н соляной кислоты до объёма 51,5 мл водой.
4. Определите теплоту нейтрализации соляной кислоты гидроксидом натрия, если при смешении 8,74 г раствора НСl, содержащего 1 моль кислоты в 46,5 моль Н2О, с раствором, содержащим 1 моль NаОН в 1065 моль Н2О, выделилось 578,1 Дж теплоты. При смешении того же количества раствора кислоты с 192,1 г воды выделилось 14,7 Дж теплоты. Сопоставьте полученный результат со значением – 55,9 кДж/моль.
5. Каков физический смысл «постоянной калориметра»?
Лабораторная работа № 3