Лабораторная работа № 2 «Термохимия. Определение теплоты растворения соли»

Теоретическое введение

К важнейшим функциям, характеризующим химические системы, относятся внутренняя энергия U; энтальпия Н; энтропия S и энергия Гиббса (изобарно-изотермический потенциал G).

Если химическая реакция протекает при постоянном объёме (∆V = 0, изохорный процесс), то работа расширения системы (А = P∆V) равна нулю.

Химическая реакция чаще всего осуществляются при постоянном давлении (∆P = 0, изобарный процесс). В подобном случае для характеристики процесса удобнее пользоваться не внутренней энергией U, а энтальпией Н, которая определяется соотношением: H = U + P∆V

Энтальпия имеет ту же размерность, что и внутренняя энергия, и поэтому обычно выражается в Дж или кДж. При постоянном давлении: ∆H = ∆U + P∆V.

Реакции, протекающие с выделением теплоты, называются экзотермическими, с поглощением – эндотермическими.

Иногда тепловой эффект химической реакции выражают количеством выделившейся или поглощенной теплоты и обозначают буквой Q. Для экзотермических реакций Q>0, а для эндотермических - Q<0

• Если реакция экзотермическая - ∆H<0; Q>0,

• если эндотермическая - ∆H>0; Q<0

Отсюда вытекает связь между Q и ∆H

Q = - ∆H

Химические уравнения, в которых указаны изменения энтальпии, называются термохимическими уравнениями.

Следствием закона сохранения энергии является положение установленное Г. И. Гессом (закон Гесса) и лежащее в основе термохимических уравнений.

Тепловой эффект химической реакции зависит только от начального и конечного состояний участвующих в реакции веществ и не зависит от промежуточных стадий процесса.

Следствие закона Гесса:

Стандартное изменение энтальпии химической реакции равно сумме стандартных энтальпий образования продуктов реакции за вычетом суммы стандартных энтальпий образования исходных веществ.

Экспериментальная часть

Общие требования. По результатам опыта рассчитать ∆H хлорида аммония. Построить график зависимости температуры от времени, отложив на оси ординат температуру, а на оси абсцисс – время (в мин.).

∆H_NH4Cl = (mсоли + mводы) · ∆t · 4,184 · Mrсоли/ 1000 · mсоли, кДж/моль

∆t = tкон. – tнач.; º С ∆_HNH4Cl = 16,5 кДж/моль

mсоли – масса соли, г

mводы – масса воды, г

Mrсоли – молекулярная масса соли, г/моль

4,184 – удельная теплоемкость раствора, равная теплоемкости воды, Дж/г · К

1000 – переводной коэффициент, Дж/кДж.

Рассчитать ошибку опыта: абсолютную и относительную по формуле:

Абсолютная ошибка = Н_теор. - Н_{экспер.}

Относительная ошибка = (абсол. ошибка/ Н_теор) · 100 %

Нарисовать схему упрощенного калориметра. Определение теплового эффекта растворения безводной соли (хлорида аммония) проводят в упрощенном калориметре: два сосуда, помещенные один в другой. Внутренний сосуд закрывается пробкой с термометром. Воздушная прослойка между двумя сосудами лишь в некоторой степени обеспечивает теплоизоляцию внутреннего сосуда от окружающей среды.

Во внутренний сосуд налить 25 мл дистиллированной воды (m_H2O = 25 г, отмеренная мерным цилиндром). Опустить в воды термометр (не касаясь дна сосуда). Измерить t_{начальную} воды в калориметре с точностью до 0,1º С. Взвесить на технохимических весах 1 г хлорида аммония и быстро высыпать во внутренний сосуд калориметра. Следить за плавным падением температуры раствора хлорида аммония и результаты наблюдений занести в таблицу.

Время от начала опыта, мин.	0	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0
Температура,º С

Вопросы к защите лабораторной работы

Сформулировать закон Гесса, следствие из закон Гесса?

Дать определение экзо - и эндотермических реакций?