Дослід 1. Визначення теплового ефекту реакції нейтралізації

Дата: 2025-05-01; Просмотры: 2

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

Дослід проводиться в калориметрі (риc. 3).

Калориметр складається з реакційної судини (1) ємністю 50 мл, що поміщений в ізотермічну оболонку (2) і (3). У пробці, що закриває реакційну судину, маються отвори для мішалки (4) і термометра (5). Розчини реагуючих речовин наливають через боковий відросток (6).

Рис.3. Скляний калориметр

Кількість теплоти, що виділяється чи поглинається в калориметрі, визначається по формулі: q = (t_к – tн)SС, де t_к – кінцева температура; t_п– початкова температура; SС – теплоємність системи, що складається з теплоємності калориметричної судини і калориметричної рідини. SС = С₁m₁ + С₂m₂, де С₁ і m₁ -питома теплоємність і маса реакційної судини; С₂ і m₂ – ті ж величини для рідини, що знаходиться в калориметрі (сума маси води і розчиненої речовини). При використанні скляної реакційної судини теплоємністю калориметричної судини можна зневажити через його малу теплопровідність. Питому теплоємність розчинів можна прийняти рівній цій величині для води, тобто С₂ = 4,18 Дж/м×К. Варто врахувати, що тепловий ефект реакції нейтралізації сильних кислот сильними (основами) лугами в розведених розчинах не залежить від їхньої природи, і взаємодія визначається реакцією: Н⁺ + ОН^- ® Н₂О_(ж). Отже, при нейтралізації будь-якої сильної кислоти сильною основою повинний спостерігатися практично однаковий тепловий ефект DН⁰, що у міру розведення розчинів реагентів наближається до граничної величини, рівної: DН⁰₂₉₈ = -55,9 кдж/моль (теплота нейтралізації).

Нейтралізації слабких кислот і основ передує процес дисоціації слабкої кислоти (основи) на іони, тому сумарна теплота нейтралізації в даному випадку менше, ніж 55,9 кдж/моль, тобто за законом Гесса можна визначити теплоту дисоціації.

Даний дослід зручно виконувати удвох або утрьох, тому що необхідно одночасно перемішувати рідину, стежити за секундоміром, фіксувати положення ртутного стовпчика в термометрі і проводити запис експериментальних даних.

Хід досліду:

Використовуючи вихідні 1н. розчини кислот і основ, відмірюють у 4 стаканчика по 25 мл кислоти і основи відповідно до отриманого завдання (табл.1).

Т а б л и ц я 1

Індивідуальні завдання по визначенню теплоти нейтралізації

Через лійку внутрішньої судини калориметра акуратно переливають розчин кислоти у внутрішню судину. Протягом декількох хвилин вимірюють температурний хід калориметра при постійному плавному перемішуванні кислоти, фіксують показання термометра з точністю до десятих часток градуса через кожні 0,5 хвилини.

Якщо в ході вимірів протягом 5 хвилин зміна температури рівномірна і невелика, починають експеримент, не припиняючи перемішувати розчин кислоти.

Переливають через лійку у внутрішню судину калориметра приготовлений розчин основи тієї ж концентрації.

Акуратно перемішують мішалкою розчин і стежать за швидким підвищенням температури, намагаючись вимірювати температуру системи через можливо малі інтервали часу (5-10 с). Фіксують максимальне значення (tк) ("стрибок" температури).

Після того, як зростання температури припиниться і стане рівномірно знижуватися, продовжують виміру ще не менш 5 хвилин при постійному перемішуванні розчину.

За результатами досліду будують на міліметровому папері графік у координатах температура (t, ⁰C) – час ( , хв), аналогічний приведений на рис. 3.

При побудові графіка варто пам'ятати, що оскільки усі виміри (часу і температури) проводяться з визначеною помилкою, спостерігається деякий розкид експериментальних даних. Тому лінії на графіку проводять не строго через експериментальні крапки, а у виді плавної кривої.

Рис. 4. Графік зміни температури в часі

Уточнюють за графіком Dt реакції.

Визначають загальну масу розчину: m_р-ра = m_к. + m_л. = V_кr_к + V_лr_л, де Vк, V_л – об¢єми (мл); r_к, r_л – густина (г/мл) кислоти і луги відповідно;

r_Н2SO4 = 1,070; r _HNO3 = 1,035; r _NaOH = 1,0460;

r _HCl = 1,023; r _KOH = 1,050

Визначають кількість тепла, що виділилося: q = 4,18(m_р-ну ((tк - tн).

Для визначення теплового ефекту (ентальпії DН_нейтр) реакції перераховують теплоту, що виділилася, Q на 1 еквівалентну масу.

х = 0,025 екв. Q = Дж; Q = кДж Þ DН_нейтр = -Q.

Оцінюють погрішність отриманого значення теплоти нейтралізації відносно табличного значення:

П = .

Знаючи, що при утворенні 1 моль води з іонів при кімнатній температурі виділяється 55,9 кДж, за законом Гесса визначають теплоту дисоціації оцтової кислоти чи гідроксиду амонію:

DН⁰_дисс. = -55,9 - DН⁰_нейтр. Результати обчислень заносять у таблицю (зразок)

У висновках укажіть:

- виходячи з експериментальних і розрахункових даних, оцініть силу вивчених кислот і основ;

- чому тепловий ефект цієї реакції для сильних кислот і лугів у розведених розчинах не залежить від їхньої природи?

- поясніть відхилення отриманої експериментально теплоти нейтралізації від теоретичної.

Дослід 2. Визначення теплоти гідратації солі (елементи НДРС)

Загальні вказівки:

При виконанні даного досліду необхідно пам'ятати, що теплотою гідратації є кількість тепла, що витрачається на утворення 1 моль твердого кристалогідрату з твердої безводної солі і відповідної кількості води. Цю величину знаходять розрахунковим шляхом, ґрунтуючись на калориметричних даних по теплотам розчинення безводної солі і кристалогідрата в достатньо великих кількостях води.

Процес утворення розчину 1 моль безводної солі МеХ_n у y моль води можна здійснити двома шляхами відповідно до схеми: МеХ_{n (тв.)} + yН₂О ® МеХ_{n(розчинн.)}; DН⁰₁

Або через стадію утворення кристалгідрату МеХ_n×mН₂O:

1. МеХ_{n (тв.)} + mН₂О ® МеХ_n×mН₂ O_(тв.); DН⁰_гідр.

2. МеХ_n×mН₂O + (y- m)H₂O ® МеХ_{n(розчин.)}; DН⁰₂

Відповідно до закону Гесса, сумарні теплові ефекти в обох випадках рівні:

DН⁰₁ = DН⁰_гідр. + DН⁰₂; DН⁰_гідр. = DН⁰₁ - DН⁰_2.

Хід роботи:

1. Визначення постійної калориметра :

а) по відомій теплоті розчинення КNО₃

Тепловий ефект процесу, що протікає в калориметрі (DН), можна розрахувати, виміривши точно стрибок температури D t у результаті досліду: DН⁰ = К×D t, де К – стала калориметра. За фізичним змістом стала і є теплоємність калориметра, чисельно рівна кількості тепла, необхідного для нагрівання всіх частин калориметра на один градус. Сталу калориметра визначають по відомій теплоті розчинення якої-небудь солі, наприклад, КNО₃.

Для цього ретельно розтирають сіль у порцеляновій ступці і зважують з точністю до 0,01 г 2 г солі. Реакційну судину заповнюють точно 50 мл дистильованої води, закривають її пробкою і закріплюють у ній термометр і мішалку. Після встановлення постійного значення температури в калориметрі, швидко висипають наважку нітрату калію і, розмішуючи акуратно розчин, спостерігають за зміною температури. Розраховують D t після того, як зміна температури припиниться.

Визначають значення постійної калориметра К по рівнянню:

К = , де DН⁰_{розч.(КNО )} – відома теплота (ентальпия) розчинення, що дорівнює 34,93 кДж/моль при 298 К; n – кількість молів солі КNО₃.

б) по відомій кількості теплоти q _ел., наданої калориметру (у випадку, якщо калориметр являє собою металеву судину)

Калориметричній системі за проміжок часу D надається відома кількість теплоти q_ел. і виміряється відповідна зміна температури D t. Кількість теплової енергії q_ел., що надається калориметричній системі при електронагріві, визначається по формулі Джоуля: q_ел. = (U²× D )/ r,

де U – напруга постійного струму, подавана на нагрівач, В; r – опір нагрівача, Ом; D - час нагрівання калориметра, с. Тоді постійна калориметра: К = q_ел./D t.

2. Визначення теплоти розчинення безводної солі і її кристалогідрату

Для проведення досліду використовують наважки солей, отриманих у викладача відповідно до варіантів завдань (табл. 2).

---------------------------

Більш точно Dt визначають за допомогою метастатичного термометра Бекмана, правила роботи з яким варто з'ясувати у викладача.

Т а б л и ц я 2

Варіанти завдань і значення ∆Н^о розчинення солей

Сіль беруть у кількості 0,01 моль і зважують з точністю до ( 0,01 г, попередньо розтерши в порошок . У калориметр наливають точно 50 мл дистильованої води, закріплюють термометр і мішалку.

Протягом декількох хвилин вимірюють температурний хід калориметра: при постійному плавному перемішуванні води, фіксують показання термометра з точністю до десятих часток градуса через кожні 0,5 хвилини.

Якщо в ході вимірів протягом 5 хвилин зміна температури рівномірна і невелика, починають експеримент, не припиняючи перемішувати воду.

Потім швидко висипають у калориметр наважки солі і, пермішуючи розчин, проводять виміри температур до повного розчинення солі (приблизно протягом 2-3 хвилин).

Фіксують максимальне значення (t_к). Після того, як зростання температури припиниться і температура стане рівномірно знижуватися, продовжують виміри ще не менш 5 хвилин при постійному перемішуванні розчину.

Обробка даних і обчислення:

За результатами досліду малюють на міліметровому папері графік у координатах температура (t, ⁰C) – час ( , хв.), аналогічний приведений на малюнку 3, по якому уточнюють значення Dt.

Молярну інтегральну теплоту розчинення солі і її кристаллогидрата DН_розч. МеХ_n×m Н₂O визначають за формулою:

DН⁰_розч. = (К×Dt)/n, де n = , m і М – наважка і молекулярна маса безводної солі чи кристалогідрату.

Визначають теплоту гідратоутворення за формулою:

DН⁰_гідр = DН⁰_розч. МеХ_n - DН⁰_розч. МеХ_n×mН₂ О_.

Розраховують теоретичне значення теплот гідратації солей, користуючись довідковими даними. Знаходять відносну помилку визначення. Отримані результати заносять у таблицю .

У висновках укажіть: як за допомогою наслідків із закону Гесса можно росередньо визначити DН⁰_гідр.?

5.5. Список рекомендованої літератури

1. Фролов В.В. Химия. – М.: Высш. шк., 1986. – С.136-164.

2. Курс общей химии / Под ред. Коровина А.В. – М.: Высш. шк., 1985. – С.84-107.

3. Глинка Н.Л. Общая химия. – Л.: Химия, 1988. – С.158-163.

4. Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии. – Л.: Химия, 1985. – С. 71-86.

5. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. – М.: Высш. шк., 1981.-С.159-175 (2001. – С.175-196).

6. Кириченко В.І. Загальна хімія: Навч. посіб. – К.: Вища шк., 2005. – С.119-138.