Работа 3. Измерение теплового эффекта реакции нейтрализации

Определение тепловых эффектов химических процессов является задачей термохимии. Термохимические методы имеют большое значение не только в химических, но и в медико-биологических науках. Энергия, необходимая живым организмам для совершения работы, поддержания постоянной температуры тела и т.д., получается за счет экзотермических реакций окисления, протекающих в клетках. Запас окисляющихся веществ (углеводов, жиров) постоянно возобновляется при приеме пищи. Пищевые рационы, необходимые человеку при различных условиях труда и жизни, определяются с учетом теплотворной способности пищевых продуктов.

ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ:

Овладеть методикой калориметрического метода измерения теплового эффекта реакции нейтрализации и расчета энтальпии нейтрализации.

ЗАДАНИЕ:

Выполните три лабораторных опыта, результаты запишите в таблицу. Составьте отчет по теме.

Методические указания к выполнению работы:

Во взвешенный калориметрический стакан поместите 50 мл 1,0 М раствора основания и измерьте его температуру. В отдельный стакан отмерьте 50 мл 1,0 М раствора кислоты и запишите показания термометра. Затем через воронку влейте раствор кислоты в калориметр. Отметьте самую высокую температуру, которую покажет термометр после сливания растворов.

Определение проведите два раза с сильными кислотами и основаниями и один раз со слабыми. Начинайте определение со слабых:

NH_{3 aq} + CH₃COOH _aq = CH₃COONH_{4 aq}, ΔH₁ < 0

NaOH _aq + HCl _aq = NaCl _aq + H₂O _ж, ΔH₂ < 0

KOH _aq + HNO_{3 aq} = KNO_{3 aq} + H₂O _ж, ΔН₃ < 0

Результаты занесите в табл. 3.

Таблица 3

Наименование величины	1	2	3
Масса калориметрического стакана, m, г
Концентрация растворов, С, моль/л
Объем каждого раствора, V, мл
Температура основания, tосн., оС
Температура кислоты, tк., оС
Начальная температура, t1=0,5(tосн.+tк.), оС
Температура нейтрализации, t2, оС
Общая масса растворов, m2 = 2Vρ, г
Энтальпия нейтрализации, ∆Нонейтр., Дж/моль

По результатам опытов вычислите энтальпию нейтрализации 1 моля кислоты (основания) по формуле:

;

где Δt = t₂ – t₁

C – теплоемкость калориметрической жидкости и всех соприкасающихся с ней частей калориметра: стакана, мешалки, термометра:

С = ΣС_i·m_i , так что С = С₁·m₁ + C₂·m₂

Удельная теплоемкость стекла (Ст) равна 0,753 Дж/г·град, раствора (Ср) – 4,184 Дж/г·град, ρ – плотность раствора – 1 г/мл, V и с – объем и молярная концентрация кислоты (основания).

ВЫВОДЫ:

1. Объясните, почему реакция нейтрализации 1 моля любой сильной одноосновной кислоты (НС1, HNO₃ и т.п.) сильными основаниями (NaOH, KOH и т.п.) в достаточно разбавленных водных растворах сопровождается почти одинаковым экзотермическим тепловым эффектом, при 298 К незначительно отклоняющимся от -55,900, при 291 К -57,363 кДж/моль.

2. Объясните, почему для слабых электролитов в реакции нейтрализации выделяется значительно меньшее количество теплоты.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Исходя из значений ΔН^о реакций:

MgO _k + 2H⁺_aq = Mg²⁺_aq + H₂O _ж, ΔН^о₁ = -145,6 кДж

Н₂О _ж = Н⁺_aq + OH^-_aq ΔH^o₂ = 57,5 кДж,

вычислите значение ΔН^о₃ для реакции растворения оксида магния в воде:

MgO_k + H₂O_ж = Mg²⁺_aq + 2OH^-_aq , ΔH^o₃

Cокращение «aq» обозначает разбавленный водный раствор.

2. Используя значения стандартных энтальпий образования СО₂ и MgO, равных соответственно -393,5 и -601,8 кДж/моль, вычислите ΔН^о реакции: 2Mg_k + CO_{2 г} = 2MgO_k + C_т

3. Вычислите стандартное изменение энтальпии реакции:

С_т + 2Н_{2 г} + ½ О_{2 г} = СН₃ОН_ж, если стандартные энтальпии сгорания С, Н₂ и СН₃ОН равны соответственно -395, -286, -712 кДж/моль.

ЛИТЕРАТУРА:

1. С.16-21; 2. С. 17-22; 4. С. 51-56; 5. С. 6-14; 6. С. 73-84.