Опыт 2.
Нейтрализация серной кислоты едким натром в одну стадию.
Проводить опыт в следующем порядке:
1) в калориметр отмерить 50 мл одномолярного раствора серной кислоты Н2S04;
2) измерить температуру раствора кислоты t4 в калориметре;
3) быстро (и без потерь) влить в кислоту 50 мл двумолярного раствора щелочи NaOH из сосуда и осторожно перемешать полученный раствор средней соли Nа2S04;
4) определить температуру t5 раствора реакции полной нейтрализации,
H2SO4 + 2 NaOH = Na2SO4 + 2 H2O : H3 (3)
где H3 - теплота реакции;
5) определить разность температур t3 = t5 – t4 и объем V3 полученного раствора;
6) результаты опыта занести в табл. 2;
Таблица 2 ________________________________________________________________
| Объем раствора, мл | Разность | Плотность | Теплоемкость | Наблюдаемая |
|__________________|темпера- | раствора, | Дж/(г.К) | теплота, |
| H2SO4 | NaOH | тур, С | г/моль | | кДж/моль |
|________________________________________________________________|
| 50 | 50 | t3 | 1.12 | C3 = 6.28 | H3 |
|________________________________________________________________|
9) вычислить энтальпию (H1, H2,H3) реакции нейтрализации по формуле:
H = V * d * C * t * 10 * 0.001,
где H - соответствующая теплота реакции; V - объем полученного раствора соли, мл; d - плотность данного раствора, г/см3 ; С - удельная теплоемкость раствора , Дж(ккал); t - соответствующая разность наблюдаемых температур до реакции и после реакции, °С; 10 - коэффициент пересчета теплоты реакции на один эквивалент, взятой для нейтрализации кислоты; 0,001 - коэффициент пересчета , кДж (ккал);
10) вычислить суммарную теплоту H1 + H2 реакции нейтрализации;
11) сравнить значение суммарной теплоты реакции H1 + H2 со значением H3 и сделать соответствующие выводы;
12) вычислить абсолютную и относительную ошибки определения теплоты реакции (3);
13) записать уравнение реакции (1, 2 и 3) в виде термохимических уравнений.
Результаты работы
Проведем опыт нейтрализации серной кислоты едким натром в две стадии
по схеме описанной выше, а результаты измерений занесем в таблицу.
Таблица 1
Объем раствора, мл |
Разность темпера-тур, С |
Плотность раствора, г/моль |
Теплоемкость Дж/(г.К) |
Наблюдаемая теплота, кДж/моль |
|
H2SO4 |
NaOH |
||||
50 |
25 |
|
1.09 (V1) |
5.02 (V1) |
H1 |
|
25 |
|
1.12 (V2) |
6.28 (V2) |
H2 |
Проведем опыт нейтрализации серной кислоты едким натром в одну стадию
по схеме описанной выше, а результаты измерений занесем в таблицу.
Таблица 2
Объем раствора, мл |
Разность темпера-тур, С |
Плотность раствора, г/моль |
Теплоемкость Дж/(г.К) |
Наблюдаемая теплота, кДж/моль |
|
H2SO4 |
NaOH |
||||
50 |
50 |
8,64 |
1.12 |
С3 = 6.28 |
H3 |
Вычислим энтальпию (H1, H2,H3) реакции нейтрализации по формуле:
H = V * d * C * t * 10 * 0.001,
где H - соответствующая теплота реакции; V - объем полученного раствора соли, мл; d - плотность данного раствора, г/см3 ; С - удельная теплоемкость раствора , Дж(ккал); t - соответствующая разность наблюдаемых температур до реакции и после реакции, °С; 10 - коэффициент пересчета теплоты реакции на один эквивалент, взятой для нейтрализации кислоты; 0,001 - коэффициент пересчета , кДж (ккал);
H1 = 75 * 1.09 * 5.02 * * 10 * 0.001 = 40.92 кДж
H2 = 100 * 1.12 * 6.28 * * 10 * 0.001 = 19.06 кДж
H3 = 100 * 1.12 * 6.28 * * 10 * 0.001 = 60.77 кДж
Вычислим суммарную теплоту H1 + H2 реакции нейтрализации:
H1 H2 = 59.98 кДж
Сравнивая значение суммарной теплоты реакции H1 + H2 со значением H3 видим, что они практически равны. Этот говорит о том, что тепловой эффект химической реакции, протекающей при постоянном давлении или при постоянном объеме, не зависит от пути реакции, а зависит только от природы исходных и конечных веществ и их состояния (закон Гесса).
Вычислим абсолютную и относительную ошибки определения теплоты реакции (3).
Стандартная теплота образования моля воды составляет H0 = 57,22 кДж.
Абсолютная погрешность определения теплоты реакции:
|H3 -H0 | = |60,77 – 57,22| = 3,55 кДж.
Относительная погрешность определения теплоты реакции:
|H3 -H0 | /H0= 3,55/57,22 = 6,2 %
Запишем уравнения реакций (1, 2 и 3) в виде термохимических уравнений:
H2SO4 + NaOH = NaНSO4 + H2O, H1 = 41 кДж;
NaHSO4 + NaOH = Na2SO4 + H2O, H2 = 19 кДж;
H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O, H3 = 61 кДж.