Лабораторная работа № 1 термохимические измерения

Термохимия изучает тепловые эффекты химических реакций и является одним из разделов химической термодинамики. Любая химическая реакция и любое физико-химическое превращение сопровождается выделением или поглощением некоторого количества тепла. В основе термохимии лежит закон Гесса: тепловой эффект химической реакции (процесса) не зависит от пути ее протекания (промежуточных стадий), а определяется только начальным и конечным состоянием системы (при условии Т,V = const или Т, Р = const). Следовательно, в изохорных процессах тепловой эффект равен изменению внутренней энергии _v = -ΔU, а в изобарном – изменению энтальпии _{р =} - ΔН.

Установлено, что нейтрализация 1 г-экв. любой сильной кислоты любым сильным основанием в достаточно разбавленных растворах сопровождается почти одинаковым экзотермическим тепловым эффектом, при 290К незначительно отклоняющимся от значения 55,9 .

Постоянство теплового эффекта реакции нейтрализации теория электролитической диссоциации объясняет тем, что в разбавленных растворах сильных кислот и оснований нейтрализация сводится к образованию молекул из ионов Н⁺ и ОН^-:

Н⁺(aq) + OH^-(aq) = H₂O(ж).

При нейтрализации слабой кислоты сильным основанием, или наоборот, нейтрализация сопровождается одновременной диссоциацией слабого электролита с соответствующим тепловым эффектом. Теплота диссоциации имеет для различных слабых кислот и оснований различную величину и знак, так как является алгебраической суммой теплоты

диссоциации молекул на ионы (эндотермический процесс) и теплоты сольватации последних (экзотермический процесс). Вследствие этого теплота нейтрализации не равна ₌ 55,9 , а больше или меньше этой величины.

При растворении соли в воде тепло может поглощаться или выделяться в зависимости от соотношения тепловых эффектов, сопровождающих разрушение кристаллической решетки и взаимодействие ионов соли с растворителем.

Измерение тепловых эффектов осуществляется в калориметрах. Теплота, выделяемая или поглощаемая при любом процессе, протекающем в калориметре, связана с теплоемкостью калориметрической системы и изменением температуры уравнением

₌ С·ΔT ,

где С – средняя теплоемкость калориметрической системы;

ΔT – изменение температуры.

Таким образом, первоначально необходимо определить теплоемкость системы, что достигается по известной теплоте растворения азотнокислого калия ( = -34,8 ).

Цель работы – определение теплоты нейтрализации и теплоты растворения соли в воде.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Схема калориметрической установки представлена на рис.2. Внутренний стакан 1 устанавливается на подставке в более широком внешнем стакане 2 и закрывается крышкой, в которую вставлены мешалка 3 и термометр Бекмана 4, а также имеется отверстие 5, закрытое пробкой, для спуска исследуемого вещества. Термометр Бекмана отличается от обычного термометра тем, что его капилляр в верхней части соединяется с дополнительным резервуаром для ртути. Это

приспособление позволяет менять количество ртути в нижнем резервуаре термометра и, таким образом, пользоваться термометром в широком диапазоне температур. Шкала такого термометра обычно разделена на 5 градусов, цена деления 0,01. Термометр предварительно настраивается лаборантом на температуру, при которой выполняется опыт, так, чтобы при п

Рис. 2

огружении его в калориметрическую жидкость ртуть оставалась в середине шкалы. При проведении опыта термометр Бекмана требует осторожного обращения. Для предотвращения разрыва ртути в капилляре термометра необходимо избегать резких толчков и ударов.