Практическая работа 3. Определение теплового эффекта реакции нейтрализации
Оборудование. Теплоизолированные стаканы (для горячих напитков; можно заменить химическими стаканами объёмом 50 или 100 мл), мерный цилиндр объёмом 100 мл.
Реактивы. HCl (2 моль/л), NaOH (2 моль/л), K2CO3 (1 моль/л), Na2S2O3 (1 моль/л).
Цифровая лаборатория. Датчик температуры с точностью до 0,1 °С.
Меры безопасности. Работу проводить в хорошо проветриваемом помещении!
Задача. Составить термохимические уравнения реакций нейтрализации, определив их тепловой эффект:
1)HCl + NaOH = NaCl + H2O
2)K2CO3 + 2HCl = 2KCl + H2O + CO2
3)Na2S2O3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + S + SO2
План работы. В стакан налейте 50 мл HCl, измерьте температуру и отметьте её в компьютере или на листе бумаги. Обмойте и оботрите датчик. В другой стакан налейте 50 мл раствора NaOH, измерьте температуру и отметьте её в компьютере или на листе бумаги. Теперь слейте оба раствора, перемешайте их щупом датчика и снова измерьте температуру.
Аналогичные операции повторите с парой HCl — K2CO3 (приливать медленно, чтобы избежать образования пены) и HCl — Na2S2O3 (последний опыт проводить под тягой!).
Рекомендации по обработке результатов. Количество теплоты q, которое выделилось в этой реакции, можно подсчитать, зная разность температур DT растворов до и после реакции, теплоёмкость раствора с и его
массу m:
q = c Ч m Ч DT
Теплоёмкость раствора можно принять примерно равной теплоёмкости воды (4200 Дж/(кг Ч °С)), а плотность — за 1 кг/м3. Не забывайте, что мас-
са раствора определяется после смешивания реагентов. Если температуры исходных растворов не одинаковы, для расчёта DT берут среднюю из двух.
Количество прореагировавшего вещества n считают, зная объём его раствора V и концентрацию С по формуле n = C Ч V.
В отчёте о работе приведите термохимические уравнения всех исследованных реакций.
Я умею определять тепловой эффект реакции и составлять её термохими
ческое уравнение.
76
|
|
|
|
|
Расчёт теплового эффекта реакции |
§ 17 |
|
• С какой целью составляют термохимические уравнения?
Для того чтобы рассчитать, сколько тепла выделится при реакции определённого количества вещества, нужно знать термохимическое уравнение этой реакции. А можно ли, не ставя экспериментов, определить тепловой эффект химической реакции? Можно. Для этого используют теплоты образования веществ.
ТЕПЛОТА ОБРАЗОВАНИЯ ВЕЩЕСТВА Qf (f от лат. formation — образова-
ние) это теплота, которая выделилась бы при образовании вещества
из простых веществ в модификациях, устойчивых при стандартных усло-
виях (температура 25 °С, давление 1 атм = 101 325 Па).
Как правило, напрямую провести реакцию образования вещества из простых веществ невозможно, поэтому теплоту образования получают как сумму тепловых эффектов некоторых последовательных реакций.
Теплоты образования простых веществ в агрегатных состояниях, устойчивых при стандартных условиях, считают равными нулю.
Чему равна теплота образования газообразного кислорода?
Теплоты образования веществ — табличные данные (табл. 4). Чтобы посчитать теплоту реакции, нужно из сумм теплот образования продуктов вычесть сумму теплот образования реагентов.
Пример. Подсчитайте тепловой эффект и запишите термохимическое уравнение разложения борной кислоты, если теплоты образования равны: 1094 кДж/моль для H3BO3, 254 кДж/моль для B2O3, 284 кДж/моль для жидкой воды.
Решение. 2H3BO3 = B2O3 + 3H2O
Qr = 3Qf(H2O) + Qf(B2O3) – 2Qf(H3BO3) = 3 Ч 284 + 1254 – 2 Ч 1094 = = –82 кДж/моль.
Термохимическое уравнение:
2H3BO3 = B2O3 + 3H2O – 82 кДж/моль
Выполните задания 1—3 после параграфа.
Если известен тепловой эффект реакции, но при этом неизвестна теплота образования какого-либо продукта или реагента, составляют уравнение, где эту теплоту обозначают за x.
77
78
Таблица 4
Теплоты образования некоторых веществ (кДж/моль). Энтальпии образования (см. § 22) равны теплотам образования, взятым с противоположным знаком
Вещество |
Q |
||
|
|
||
Ag+ aq |
–106 |
||
|
|
|
|
AgCl |
|
127 |
|
|
|
|
|
Al3+ |
|
531 |
|
|
|
|
|
AlCl3 |
|
208 |
|
|
|
||
AlCl3 · 6H2O |
2693 |
||
|
|
|
|
Al2O3 |
|
1675 |
|
|
|
|
|
Al2S3 |
|
509 |
|
|
|
|
|
CH4 |
|
75 |
|
|
|
|
|
C2H2 |
|
–226 |
|
|
|
|
|
CO |
|
|
110 |
|
|
|
|
CO2 |
|
393 |
|
|
|
|
|
CO |
2– |
aq |
677 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
Вещество |
Q |
|
|
CS2 |
–88 |
|
|
Ca2+ |
543 |
|
|
CaCO3 |
1207 |
|
|
CaCl2 |
794 |
|
|
CaCl2 · 6H2O |
2625 |
|
|
CaO |
1635 |
|
|
Ca(OH)2 |
985 |
|
|
CaS |
482 |
|
|
CaSO4 |
1434 |
|
|
Cl– |
167 |
|
|
Cl2 aq |
23 |
|
|
Cu2+ aq |
–66 |
|
|
Вещество |
Q |
|
|
CuCl2 |
216 |
|
|
CuO |
156 |
|
|
CuSO4 |
770 |
|
|
CuSO4 · |
2280 |
5H2O |
|
H+ aq |
0 |
|
|
H2CO3 aq |
700 |
|
|
HCl(г.) |
92 |
|
|
H2O(г.) |
242 |
|
|
H2O(ж.) |
286 |
|
|
H2O(тв.) |
292 |
|
|
H2O2 |
187 |
|
|
H2S |
21 |
|
|
Вещество |
Q |
||
|
|
|
|
H2SO4 |
|
814 |
|
|
|
||
N2H4(ж.) |
–50 |
||
|
|
|
|
NO2 |
|
–33 |
|
|
|
|
|
N2O |
|
–82 |
|
|
|
|
|
Na+ |
|
240 |
|
|
|
|
|
NaCl |
|
411 |
|
|
|
|
|
NaOH |
|
425 |
|
|
|
|
|
Na2S |
|
372 |
|
|
|
||
OH– aq |
230 |
||
|
|
|
|
S2– aq |
|
–33 |
|
|
|
|
|
SO2 |
|
297 |
|
|
|
|
|
SO |
2– |
aq |
636 |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
Также теплоту образования можно рассчитать из косвенных экспериментальных данных, сложив несколько термохимических уравнений.
Выполните задание 4 после параграфа.
Теплота образования вещества. Стандартные условия
1.По данным таблицы 4 подсчитайте теплоту испарения воды.
2.По данным таблицы 4 запишите термохимическое уравнение образования сульфида алюминия из простых веществ.
3.По данным таблицы 4 запишите термохимическое уравнение разложения пероксида водорода на жидкую воду и кислород.
4.Рассчитайте теплоту образования Ca(OH)2, если известны следующие термохимические уравнения:
2Ca + O2 = 2CaO + 1270 кДж/моль CaO + H2O = Ca(OH)2 + 64 кДж/моль 2H2 + O2 = 2H2O + 572 кДж/моль
5. При сгорании 1 моль углерода выделяется 393 кДж теплоты, а при сгорании 1 моль CO — 283 кДж. Чему равна теплота образования CO? Запишите термохимическое уравнение образования CO.
Я могу рассчитать тепловой эффект любой реакции если у меня есть дан-
ные по теплотам образования реагентов
79