Определение теплового эффекта реакции нейтрализации
Цель работы – определение теплового эффекта реакции нейтрализации сильной кислоты сильным основанием с использованием калориметрической установки и проведение и термодинамических расчетов.
1. Теоретическое введение
Химические реакции сопровождаются выделением или поглощением энергии (теплоты). Первые называются экзотермическими, вторые – эндотермическими.
Количество выделенной или поглощенной теплоты называют тепловым эффектом процесса (Q). Последний зависит от природы веществ, их количества, агрегатного состояния и температуры процесса. Изучением тепловых эффектов химических процессов занимается термохимия.
Большинство
химических процессов протекают при
постоянном давлении (р=const),
т.е. является изобарными. Для изобарных
процессов тепловой эффект равен разности
энтальпий (
)
конечного и исходного состояния системы,
характеризующей «теплоспособность»
системы:
Величина ( ) – энтальпия химической реакции - измеряется в кДж. Для экзотермических реакций ( ) < 0, для эндотермических - ( ) > 0. Изменение энтальпии (тепловой эффект химической реакции), а также агрегатное состояние каждого из исходных веществ и продуктов реакции указывают в термохимических уравнениях. Кроме этого, в них допускается применение дробных коэффициентов, так как тепловой эффект рассчитывается на один моль вещества.
Пример термохимического уравнения:
(NH4)2Cr2O7(к) = N2(г) + Cr2O3(к) + 4H2O(ж); = -477 кДж.
В данной записи (к), (г), (ж) означают соответственно кристаллическое, газообразное и жидкое состояния.
Для термохимических расчетов важна стандартная энтальпия образования соединений ΔНообр – это тепловой эффект реакции образования 1 моля этого соединения из простых веществ, устойчивых при стандартных условиях (температура 298 К и давление 101,3 кПа).
Основным законом термохимии является закон Г.И.Гесса, согласно которому изменение энтальпии (внутренней энергии) в химической реакции определяется только видом и состоянием исходных веществ и продуктов реакции и не зависит от пути перехода от начальных веществ к конечным.
Следствием из закона Гесса является соотношение:
Где – энтальпия химической реакции.
Первый член в правой части уравнения – сумма энтальпий образования продуктов реакции, взятых с учетом стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции;
Второй член – аналогичная сумма для исходных веществ.
Известно, что нейтрализация 1 эквивалента любой сильной кислоты любым сильным основанием в разбавленных водных растворах сопровождается экзотермическим эффектом, при 298 К равным – 57,22 кДж/моль.
Это объясняется тем, что изменение энтальпии таких реакций не зависят от исходных веществ, и определяется при взаимодействии любых сильных кислот и щелочей реакцией:
Н+(р) + ОН - (р) = Н2О (ж); = -57,22 кДж/моль
Этот факт подтверждает полную диссоциацию сильных электролитов в водных растворах. Например, нейтрализация азотной кислоты гидроксидом калия в разбавленных водных растворах сводится к образованию 1 моля жидкой воды, что следует из ионно-молекулярного уравнения реакции:
НNO3 + KOH = KNO3 + H2O (ж)
Н+з (р) + NO-3 (р) + K+ (р) + OH- = K+(p) + NO-3 (p) + H2O (ж)
Н+ + ОН- = Н2О (ж)