Энергетика химических превращений

Министерство образования Российской Федерации

Пензенский государственный педагогический университет имени В.Г. Белинского

Н.В. ФИРСТОВА, Ж.С. ВИШНЯКОВА

Химия:

Руководство к лабораторным занятиям

Пособие для студентов 1 курса

специальностей «География» и «Безопасность жизнедеятельности»

ПЕНЗА - 2012

Печатается по решению редакционно-издательского совета Пензенского государственного педагогического университета имени В. Г. Белинского

Химия: руководство к лабораторным занятиям: Методическое пособие для студентов естественно-географического факультета‚ обучающихся специальности «География» и «Безопасности жизнедеятельности»

/Сост. Н.В. Фирстова, Ж.С. Вишнякова (Пензенский гос. пед. университет имени В.Г. Белинского). – Пенза: ПГПУ‚ 2012. – 40с.

Методическое пособие содержит материал для подготовки и проведения лабораторных занятий. В пособии приведены все необходимые для студентов специальностей «География» и «Безопасность жизнедеятельности» лабораторные работы, сопровождающиеся подробным описанием опытов и необходимым теоретическим материалом. Пособие включает также упражнения для самостоятельного решения, необходимые схемы, рисунки и таблицы. Методическое пособие представлено в виде рабочей тетради.

Рецензент: к.х.н.‚ доцент Керимов Э. Ю.

© Н. В. Фирстова, 2012

© Ж.С. Вишнякова‚ 2012

Лабораторная работа №1

Энергетика химических превращений

Устройство калориметрической установки

Калориметрическая установка состоит из калориметрического стакана, вставленного в другой стакан (наружный сосуд) и изолированного от него пробковыми прокладками. В крышку калориметрического стакана через отверстия вставлены термометр, мешалка и воронка для внесения веществ в стакан (рис. 1).

Вычисления

Вычисление теплоты, выделяющейся или поглощаемой во время опыта в калориметрическом сосуде, производятся по формуле:

Q = (m_жC_ж + m_ст C_ст) · ΔТ ; ΔТ = Т_кон –Тt_нач,

где ΔТ – изменение температур‚ Т_кони Т_нач – конечная и начальная температура в калориметрическом сосуде; m_ст и m_ж – масса калориметрического сосуда и находящейся в нем жидкости; C_жи C_ст – удельные теплоемкости жидкости и стекла.

Опыт 1. Определение теплоты нейтрализации сильного основания сильной кислотой.

Реактивы и оборудование: калориметрическая установка, 1‚0 М растворы NaOH и HCl, термометр, весы.

Ход работы: приготовьте по 150 мл 1,0 М растворов NaOH и HCl. Взвесьте калориметрический стакан. Внесите в него приготовленный раствор щелечи и отмерьте температуру с точностью до 0,1⁰ С. Измерьте температуру раствора кислоты с той же точностью. Затем раствор кислоты влейте через воронку в калориметрический стакан при работающей мешалке. Отметьте максимальную температуру, которую покажет термометр после сливания.

Вычислите количество теплоты (опытное значение), выделившейся при реакции. Примите, что начальная температура – это среднеарифметическая температура кислоты и щелочи, конечная – наивысшая температура после сливания растворов; плотность растворов равна единице, его удельная теплоемкость – теплоемкости воды, т.е. 4,18 Дж/(К· г).

Вычислите теплоту нейтрализации кислоты в расчете на ее эквивалентную массу (теоретическое значение). Сравните опытное и теоретическое значение теплот нейтрализации.

Вычисления:

Вывод:

Опыт 2. Определение теплоты нейтрализации слабого основания слабой кислотой.

Реактивы и оборудование: калориметрическая установка, 1 М растворы аммиака и уксусной кислоты, термометр, весы.

Ход работы: проведите опыт по схеме опыта №1. Вычислите теплоту нейтрализации в расчете на 1 эквивалент уксусной кислоты. Сравните результаты с данными предыдущего опыта.

Вычисления:

Вывод:

Опыт 3. Определение теплоты гидратации карбоната натрия

Реактивы и оборудование: калориметрическая установка, дистиллированная вода, карбонат натрия, термометр, весы.

Ход работы: в предварительно взвешенный калориметрический сосуд налейте 300 мл дистиллированной воды, определите температуру с точностью до

0,1 К. Отвесьте примерно 7 г карбоната натрия, быстро и аккуратно всыпьте соль в калориметрический сосуд при постоянном помешивании мешалкой. Отметьте наивысшую температуру. Вычислите теплоту растворения 1 моль карбоната натрия. Опыт и расчеты повторите для кристаллогидрата Na₂CO₃·10H₂O (навеска массой 15г). По найденным теплотам растворения Na₂CO₃ и Na₂CO₃·10H₂O вычислите теплоту гидратации карбоната натрия.

Вычисления:

Вывод:

Упражнения для самостоятельного решения

1. Почему химические превращения сопровождаются выделением или поглощением энергии? Почему в одних случаях теплота поглощается, а в других выделяется?

2. Пользуясь теплотами образования, рассчитайте тепловой эффект следующей реакции в стандартных условиях: 1) 2KClO₃ (к) = 2KCl (к)+ 3O₂(г);

3. При растворении 10г СаСl₂ в 200 мл воды температура раствора повысилась на 7,7 К. Вычислите теплоту гидратации СаСl₂, если теплота растворения СаСl₂·6Н₂О равна 19,08 кДж/моль. Удельную теплоемкость раствора можно принять равной удельной теплоемкости воды (4,18 Дж/К·г). Ответ: 94,23 кДж/моль.