Лабораторная работа. Определение стандартной энтальпии реакции нейтрализации.

Цель: научиться экспериментально определять изменение энтальпии реакции.

Задание: определить стандартную энтальпию реакции нейтрализации азотной кислоты гидроксидом натрия.

Оборудование: калориметр, мерные цилиндры, термометр, воронка.

Реактивы: растворы азотной кислоты и гидроксида натрия.

Сущность работы: теплота реакции нейтрализации определяется калориметрически по измеренному изменению температуры и рассчитанной теплоемкости системы.

Лабораторный калориметр:

1 – внешний стакан, 2 – внутренний стакан, 3 – раствор, 4 – воронка, 5 – термометр.

Энтальпия реакции нейтрализации, протекающей между сильными одноосновными кислотами и сильными однокислотными основаниями практически не зависит от их природы, так как реально в растворах протекает одна и та же реакция:

Н⁺_(aq) + ОН^–_(aq) = Н₂О_(ж) ; DН°_r = -57,3 кДж/моль.

В случае реакции нейтрализации слабых кислот и слабых оснований такого постоянства не наблюдается, так как часть теплоты расходуется на ионизацию слабой кислоты и слабого основания.

Выполнение эксперимента:

1. Подготавливают калориметр к работе. (Осматривают его, чтобы убедиться в исправности всех деталей. Ополаскивают дистиллированной водой внутренний стакан).

2. Мерными цилиндрами отмеривают равные объемы растворов кислоты и основания (20 – 25 мл, по указанию преподавателя).

3. Измеряют начальные температуры кислоты и щелочи с помощью термометра.

4. Раствор кислоты переливают при помощи воронки во внутренний стакан калориметра.

5. Раствор щелочи быстро вливают в калориметр к раствору кислоты и наблюдают за столбиком ртути термометра. Записывают самое высокое показание. Опыт повторяют 2 - 3 раза.

Э



кспериментальные данные:

№ опыта	Температура раствора, о С
	кислоты (нач.)	щелочи (нач.)	после нейтрализации
1
2
3
Среднее значение			

Масса внутреннего стакана калориметра, m (стакана) = ______ г

Объемы растворов реагирующих веществ, V(HNO₃) = _______ мл, V(NaOH) = _______ мл

Концентрация растворов, c(HNO₃) = _____ моль/л, c(NaOH) = _______ моль/л

Плотность растворов, ρ(HNO₃) = _______ г/мл, ρ(NaOH) = _______ г/мл

Удельная теплоемкость растворов (воды), C_m(H₂O) = 4,184 Дж/(г∙К)

Удельная теплоемкость стекла, С_m(ст.) = 0,753 Дж/(г∙К)

Обработка результатов эксперимента:

Для вычисления по экспериментальным данным теплоты реакций нейтрализации сначала рассчитывают общую теплоемкость калориметра С_m, учитывая теплоемкость раствора и теплоемкость внутреннего стакана:

С_m = C_m(H₂O) ∙ m(раствора) + С_m(ст.) ∙ m(стакана)

где: m(раствора) = V(HNO₃) ∙ ρ(HNO₃) + V(NaOH) ∙ ρ(NaOH)

Затем вычисляют выделившуюся в калориметре теплоту: Q = C_m ∙ ΔT

где: ΔT = t(после нейтрализации) –

Эта теплота постепенно, по мере выравнивания температуры передается в окружающую среду и может быть принята равной по абсолютной величине изменению энтальпии системы (калориметра): Δ_nH = -Q

Для расчета стандартной энтальпии реакции нейтрализации найденное значение теплоты необходимо пересчитать на 1 моль реагирующей ки­слоты или основания, что соответствует 1 моль образующейся воды:

Δ_nH° =

где: ν – количество вещества кислоты или щелочи (в зависимости от того, что находится в недостатке).

ν(HNO₃) = V(HNO₃) ∙ c(HNO₃), или ν(NaOH) = V(NaOH) ∙ c(NaOH)

Рассчитанную стандартную энтальпию реакции нейтрализации сравнивают со справочными данными. Рассчитывают отклонение найденных значений от справочных. Объясняют вероятные причины отклонений.

Экспериментально определенную величину стандартной энтальпии реакции нейтрализации сравнивают со справочным значением, находят абсолютную и относительную ошибки определения: Абсолютная ошибка: ξабс = ΔH°теор - ΔH°эксп

Относительная ошибка: ξотн = 

Расчеты:

1. t⁰₁ = =

2. ∆t⁰ = t₂ – t₁ =

3. C_р-ра = C⁰_m(H₂O) m_р-ра =

4. V_{1 р-ра} = V_к.ρ_к. + V_щ.ρ_щ. =

5. С_стак. = С⁰_стак. m_стак. =

6. С_{системы} = С_стак. + C_р-ра =

7. ∆H = -Q = -С_сист.∆t =

8. ν = С_к.V_к. = ( расчёт ведётся по недостатку)

9. ∆_nH⁰_эксп. = =

Относительная ошибка: ε_отн.=

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________



Вывод (указывают полученный результат, метод исследования, относительную ошибку):

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

29