Лабораторные работы Лабораторная работа №1 Определение теплового эффекта реакции нейтрализации

Реактивы и оборудование: лабораторный калориметр, мерный цилиндр на 100 мл, термометр, растворы кислот и оснований с молярной концентрацией эквивалента 1 моль/л.

Установлено, что реакция нейтрализации 1 моля любой сильной одноосновной кислоты сильным основанием в достаточно разбавленных водных растворах сопровождается при 298 К почти одинаковым тепловым эффектом, незначительно отклоняющимся от 55,9 кДж/моль. Этот тепловой эффект отвечает реакции образования воды из гидратированных ионов водорода и гидроксида.

Н⁺ (aq) + OH^ˉ (aq) = H₂O (ж) + ∆H⁰₂₉₈.

Нейтрализация слабой кислоты сильным основанием и наоборот сопровождается одновременной диссоциацией слабого электролита. Тепловой эффект такой реакции включает в себя эндотермический эффект диссоциации и экзотермический эффект гидратации ионов. Сумма таких эффектов в зависимости от природы электролита различается как знаком, так и значением.

Методика эксперимента

Мерным цилиндром отмерить по 100 мл растворов заданной кислоты и щелочи и термометром измерить температуру t⁰_н каждого раствора с точностью до 0,1 ⁰С. Термометр поместить в калориметр и одновременно слить растворы кислоты и щелочи. Быстро перемешать раствор и зарегистрировать максимальную температуру t⁰_к . Рассчитать значение теплового эффекта реакции нейтрализации.

Расчет вести в следующей последовательности:

1. Вычислить ∆t⁰ = t⁰_к – t⁰_н .

2. Вычислить количество теплоты Q, выделенной в результате реакции, приняв плотность растворов кислоты и щелочи 1 г/см³.

Q = c ∙ m ∙ ∆t⁰,

где с – удельная теплоемкость 4,18 Дж/г ∙ град; m – масса раствора, г.

3. Вычислить количество молей воды, образовавшейся в реакции, и по величине Q рассчитать тепловой эффект на 1 моль H₂O. Для пары «сильное основание – сильная кислота» вычислить относительную ошибку.

%.

Результаты эксперимента занести в таблицу.

Данные эксперимента

t0С кислоты	t0С щелочи	t0н С смеси	t0С конечная	∆ t0С	Масса раствора, г	Количество моль H2O	Н0298 нейтрализации, Дж/моль	δ, %

Лабораторная работа № 2 Определение константы равновесия реакции йода с йодидом калия

Реактивы и оборудование: делительные воронки, установка для титрования, конические колбы на 250 мл, растворы КJ с молярной концентрацией эквивалента 0,1 и 0,05 моль/л.

В водном растворе между йодом и йодистым калием имеет место взаимодействие, которое можно представить уравнением:

J^ˉ + J₂ = J^ˉ₃ .

Константу равновесия можно представить выражением:

К _равн. = [J^ˉ₃] / [J₂] ∙ [J^ˉ],

где [J^ˉ₃], [J₂], [J^ˉ ] - равновесные молярные концентрации.

Методика эксперимента

Работа состоит из двух опытов, включающих в себя определение коэффициента распределения йода между водой и ССl₄ и определения константы равновесия реакции: J^ˉ + J₂ = J^ˉ₃ .

Опыт 1

Цель опыта – определить коэффициенты распределения йода между водой и четыреххлористым углеродом.

Коэффициент распределения йода γ представляет собой отношение равновесных концентраций йода в воде и ССl₄:

γ = ,

где С₁(J₂) – концентрация йода в водном слое;

С₂(J₂) – концентрация йода в ССl₄.

Для экспериментального определения γ поместить в одну делительную воронку 150 мл Н₂О, насыщенную йодом и 10 мл четыреххлористого углерода. В другую делительную воронку поместить 150 мл воды и 10 мл четыреххлористого углерода, насыщенного йодом. Делительные воронки плотно закрыть пробками и встряхивать в течение 15 – 20 минут. Затем воронки закрепить в штативе и оставить до полного разделения слоев.

Затем провести разделение слоев и определить концентрацию J₂ в обоих слоях. Для этого взять 5 мл органического слоя ССl₄ и 100 мл водного раствора и титровать по отдельности раствором тиосульфата натрия Na₂S₂O₃ концентрацией 0,5 моль/л в присутствии крахмала. По полученным данным найти коэффициент распределения.

Опыт 2

В трех делительных воронках приготовить следующие смеси:

первая воронка: 50 мл раствора KJ (С = 0,1 моль/л), 10 мл ССl₄, насыщенного J₂; вторая воронка: 50 мл раствора KJ (С = 0,05 моль/л), 10 мл ССl₄, насыщенного J₂; третья воронка: 50 мл раствора KJ (С = 0,1 моль/л), 5 мл ССl₄, насыщенного J₂, 5 мл чистого ССl₄.

Смеси встряхивать в течение 20 минут и после расслаивания разделить слои. На титрование взять 5 мл органического слоя и 20 мл водного слоя из каждой воронки. Титровать раствором тиосульфата натрия и по результатам титрования определить С₁(J₂) и С₂(J₂).

Расчеты вести следующим образом.

1. Определить равновесную концентрацию [J₂], используя выражение:

[J₂] = γ ∙ С₂(J₂).

2. Учитывая, что аналитическая концентрация J₂ в водном слое С₁(J₂) включает сумму [J₂] и [J^ˉ₃], найти [J^ˉ₃]: С₁(J₂) = [J₂] + [J^ˉ₃], а [J^ˉ₃] = С₁(J₂) - [J₂].

3. Иодид калия нерастворим в ССl₄, поэтому сумма равновесных концентраций ионов [J^ˉ] и [J^ˉ₃] соответствует концентрации KJ в воде. Из уравнения можно рассчитать [J^ˉ]: С (KJ) = [J^ˉ] + [J^ˉ₃].

4. Рассчитав концентрации [J^ˉ], [J₂] и [J^ˉ₃], определить Кс и свободную энергию Гельмгольца по уравнению: ∆А⁰₂₉₈ = - 2,3 R T lgKc.