Опыт №1. Определение теплоты реакции нейтрализации сильной кислоты сильным основанием

1. Экспериментальное определение тепловых эффектов химических реакций проводят в специальных устройствах – калориметрах. Калориметр представляет собой сосуд, снабженный теплоизолирующей рубашкой для уменьшения теплообмена с окружающей средой. Простейший калориметр (рис. 6.) состоит из двух стаканов: наружного (1) и внутреннего (2) – собственно калориметра, установленного на теплоизолирующей подставке и снабженного крышкой (3) с отверстиями для термометра (4), воронки (5) и мешалки (6). Чтобы свести потери тепла к минимуму, внутренний стакан не должен касаться стенок внешнего.

Рис. 6. Схема простейшего калориметра: 1 – наружный стакан; 2 – внутренний стакан; 3 – крышка; 4 – термометр; 5 – воронка; 6 – мешалка

2. Определите и запишите массу внутреннего стакана калориметра .

3. Получите у лаборанта 1 н. растворы соляной кислоты и гидроксида натрия, выдержанные при комнатной температуре. Запишите показания термометра с точностью до 0,2 °С.

3. Отмерьте мерным цилиндром 50 мл раствора соляной кислоты и налейте ее во внутренний стакан калориметра.

4. С помощью другого мерного цилиндра отмерьте 50 мл раствора гидроксида натрия и влейте его через воронку в кислоту. При постоянном перемешивании раствора мешалкой наблюдайте изменение температуры и записывайте её значения в табл. 4.

Таблица 4

Время, мин
°,С

5. Определите скачок температуры .

Расчет

1. Вычислите количество теплоты, выделившееся в калориметре.

Тепловой эффект химической реакции может быть рассчитан по формуле:

где – теплоемкость калориметра;

ΔТ – изменение температуры в ходе реакции.

По физическому смыслу теплоемкость калориметра – это количество теплоты, необходимое для нагревания калориметра с его содержимым на один градус. Теплоемкость калориметра складывается из теплоемкости раствора, который находится во внутреннем стакане , и теплоемкости самого стакана . Таким образом, тепловой эффект химической реакции может быть рассчитан по формуле:

где – удельная теплоемкость раствора;

– удельная теплоемкость стекла, из которого изготовлен химический стакан;

– масса раствора;

– масса стакана;

– скачок температуры.

Поскольку концентрация раствора мала, удельная теплоемкость раствора принимается равной теплоемкости воды, то есть 4,18 Дж/г. Удельная теплоемкость стекла, из которого изготовлен химический стакан, равна 0,78 Дж/г.

2. Вычислите количество вещества соляной кислоты или гидроксида натрия, взятых для опыта.

3. Вычислите тепловой эффект и энтальпию реакции нейтрализации сильной кислоты сильным основанием в кДж/моль.

4. Рассчитайте теоретическую величину энтальпии реакции нейтрализации.

5. Сравните полученное значение энтальпии нейтрализации с теоретическим и вычислите относительную ошибку опыта (в %).

Опыт №2. Определение энтальпии реакции гидратации сульфата меди (II)

1. Определите и запишите массу внутреннего стакана калориметра .

2. Во внутренний стакан калориметра налейте 200 мл дистиллированной воды и запишите показания термометра с точностью до 0,2 °С.

3. Взвесьте на электронных весах с точностью до 0,01 г навеску безводного сульфата меди (II) массой 7 – 8 г.

4. Быстро и аккуратно внесите навеску во внутренний стакан калориметра через воронку.

5. При постоянном перемешивании раствора мешалкой наблюдайте изменение температуры и записывайте её значения в табл. 5.

Таблица 5

Время, мин
Т °,С

6. Определите скачок температуры DТ.

7. Взвесьте на электронных весах с точностью до 0,01 г навеску кристаллогидрата массой 9 – 10 г. Повторите опыт с навеской кристаллогидрата (пункты 1 – 6).

Расчет

Процесс растворения сульфата меди (II) в воде можно разбить на две стадии:

;

Первая стадия – процесс гидратации, то есть получение кристаллогидрата сульфата меди (II), вторая стадия – растворение кристаллогидрата в воде. Суммарная энтальпия реакций равна энтальпии процесса растворения безводной соли согласно закону Гесса:

.

Измерив энтальпии процессов растворения кристаллогидрата и безводной соли , можно вычислить энтальпию реакции гидратации безводного сульфата меди (II) :

.

1. Рассчитайте количество теплоты, выделившееся в калориметре при растворении навески безводной соли сульфата меди (II), по формуле:

2. Рассчитайте энтальпию реакции растворения безводного сульфата меди (II) . Энтальпия реакции растворения (в кДж/моль) может быть рассчитана по формуле:

,

где – теплота, выделившаяся (поглотившаяся) в калориметре, кДж;

– молярная масса вещества, г/моль;

– масса навески соли, г.

3. Рассчитайте количество теплоты, поглощенное в калориметре при растворении кристаллогидрата.

4. Рассчитайте энтальпию реакции растворения кристаллогидрата (в кДж/моль).

5. Рассчитайте энтальпию гидратации безводного сульфата меди (II) по формуле:

.

6. Сравните полученное значение энтальпии гидратации сульфата меди (II) с теоретическим и вычислите относительную ошибку опыта (в %).

Справочная величина энтальпии гидратации сульфата меди (II) равна – 78, 87 кДж/моль. В выводе укажите на возможные причины погрешности.

Дата добавления: 2015-07-25