Практические работы Тепловой эффект (энтальпия) реакции нейтрализации.
В этой работе экспериментально определяется тепловой эффект реакции нейтрализации серной кислоты, а затем на основании закона Гесса рассчитывается его значение и ошибка эксперимента.
1. Реакция нейтрализации серной кислоты основанием может осуществляться двумя путями:
1) в две стадии, последовательно:
Н2SО4(aq)+NаОН(aq)= NаНSО4(aq)+Н2О-∆Н1
затем
NаНSО4(aq)+ NаОН(aq)= Nа2SО4(aq)+ Н2О-∆Н2,
2) в одну стадию (полная нейтрализация):
Н2SО4(aq)+2NаОН(aq)= Nа2SО4(aq)+2Н2О-∆Н3,
Согласно закона Гесса, ∆Н1+∆Н2=∆Н3, напомним, что Q=-∆Н. При выполнении работы требуется опытным путем найти все три величины (Q1, Q2 и Q). По справочным данным необходимо в одну стадию рассчитать теоретическое значение энтальпии реакции полной нейтрализации моля серной кислоты и найти ошибку опыта.
В сосуд Дьюара отмерьте бюреткой 50 мл 1М раствора серной кислоты и опустите термометр с пробкой так, чтобы его шарик погрузился в раствор, не касаясь дна сосуда. В два химических стакана отмерьте по 25 мл 2М раствора NаОН. Замерьте температуру раствора кислоты и быстро влейте щелочь из одного стакана в кислоту. Осторожно встряхивая помешать содержимое сосуда, отметьте и запишите наибольшую температуру. Полученную разность температур ∆Т1 занесите в таблицу 8.2.
Таблица 8.2.
Последовательность проведения опыта |
Объем полученного раствора, мл |
Разность температур, 0С |
Плотность раствора, г/см3 |
Ср раствора, Дж/г∙К |
Опытное значение ∆Н, кДж\моль |
Первая стадия нейтрализации |
V1=75 |
∆Т1= |
ρ1=1,05 |
С1=3,75 |
∆Н1= |
Вторая стадия нейтрализации |
V2=100 |
∆Т2= |
ρ2=1,06 |
С2=3,67 |
∆Н2= |
Полная нейтрализация (раствора) |
V3=100 |
∆Т3= |
ρ3=1,06 |
С3=3,67 |
∆Н3= |
К раствору полученному в сосуде Дьюара, добавьте раствор щелочи из второго стакана и вновь запишите наибольшую температуру.
Разность температур ∆Т2 запишите в таблице 8.2, и рассчитайте значения Qi первой и второй стадии нейтрализации по формуле:),
Qpi=(ρi∙Cp∙Vi+m1∙cg)∆Тi, Дж (8.7)
где I – номер опыта (стадии), ρi – плотность раствора; Cp – удельная теплоемкость каждого раствора (таблица 8.2); Vi – объем полученного раствора соли, m1 – масса колбы сосуда Дьюара, cg – теплоемкость стекла (0,84 Дж/г ∙К), ∙∆Тi – найденная разность температур.
По полученному значению количества выделившейся теплоты рассчитайте тепловой эффект реакции:
,
(8.8)
где с и V – соответственно, концентрация и объем взятого для опыта раствора серной кислоты.
Результаты расчета ∆Н1 и ∆Н2 запишите в таблице 8.2 с учетом экзотермичности процесса.
Далее освободите сосуд Дьюара от оставшегося раствора, промойте его дистиллированной водой и вновь отмерьте 50 мл 1М раствора серной кислоты. В отдельной стакан бюреткой отмерьте 50 мл 2М раствора NаОН. Запишите температуру кислоты в сосуде Дьюара и быстро влейте в него раствор щелочи. Осторожно перемешивая содержимое сосуда, зафиксируйте наибольшую температуру смеси. Данные опыта 2 запишите в табл. 8.2 в строку «Полная нейтрализация». Рассчитайте по этим данным значение ∆Н3. Сравните все три значения ∆Нi, найденные в опытах с учетом размерностей.
Рассчитайте теоретическое значение энтальпии полной нейтрализации кислоты. Для этого используйте справочные данные по стандартным данные по стандартным энтальпиям образования:
и энтальпиям гидратации
и следствие закона Гесса. Используя полученные данные, рассчитайте ошибку опыта, отнеся ее к теоретическому значению энтальпии (для случая полной нейтрализации).