microbik.ru
1
ПРИЛОЖЕНИЕ

к лабораторному прак-

тикуму по общей химии


М.Л.Медведева

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторной работы «Определение энтальпии реакции нейтрализации»


Москва 2007
I. Разделы курса, необходимые для подготовки к лабораторной работе.

Понятия «Система (открытая, закрытая, изолированная)» "функция состояния". Внутренняя энергия и энтальпия. Стандартная энтальпия образования вещества.1-ый закон термодинамики. Термохимические уравнения. Эндо- и экзотермические реакции.

II. Вопросы и упражнения.

1. Дайте определение понятию «система». Какие системы называют а) открытыми, б) закрытыми, в) изолированными?

2. Что такое «функция состояния»? Является ли температура функцией состояния?

3. При каких условиях тепловой эффект химической реакции численно равен изменению энтальпии?

4. Почему энтальпия нейтрализации сильных кислот и оснований одинакова для различных кислот и оснований?

5. Энтальпия растворения в воде кристаллогидрата CuSO4·5H2O и безводного сульфата меди равны соответственно 11,7 кДж/моль и 66,1 кДж/моль. Вычислить энтальпию присоединения 5 молекул воды к молекуле сульфата меди.

6. Определите стандартную энтальпию образования PH3, исходя из уравнения:

2PH3(г.) + O2(г.) = P2O5(кр.) +3H2O(ж.); ΔH˚= -2360 кДж

7. При восстановлении 12,7 г оксида меди (II) углем с образованием СО поглощается 8,24 кДж. Определить ΔH˚298 образования CuO.

III. Экспериментальная часть.

Опыт по определению энтальпии реакции нейтрализации проводится в калориметре (Рис.1).

Рис. 1. Калориметр.

1- наружный стакан, 2 – реакционный стакан, 3 – подставка, 4 – крышка, 5 - воронка, 6 – мешалка, 7 - термометр


Поместите в реакционный стакан 50 мл 1н раствора кислоты и поставить стакан в калориметр. 50 мл 1н раствора щелочи поместите в обычный химический стакан и поставьте рядом с калориметром с тем, чтобы температура раствора кислоты и щелочи сравнялись. Через 3-4 минуты измерьте температуру раствора кислоты в реакционном стакане и запишите ее значение в лабораторном журнале. Далее в течение 3-5 минут ежеминутно проводите измерения температуры раствора кислоты, фиксируя их в журнале. Когда установится стационарное значение температуры, прервите измерения, а установившееся значение примите за начальную температуру реакционной смеси (tнач.). Влейте через сухую воронку раствор щелочи в раствор кислоты, и, непрерывно перемешивая реакционную смесь продолжите измерения температуры содержимого стакана 1 с интервалом 30 секунд в течение 3-4 минут, и далее – с интервалом 1 минута в течение еще 3 минут. Результаты измерений занесите в таблицу.

Таблица

Время от начала эксперимента, мин

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

(и т.д.)

Температура
































На миллиметровой бумаге постройте график зависимости температуры от времени, прошедшего с начала опыта. Примерный вид такого графика приведен на рис. 2.


t,˚C

Рис.2. Изменение температуры во времени при протекании реакции нейтрализации


Пользуясь построенным графиком путем экстраполяции определите конечную температуру реакционной смеси (tкон. – см. рис.2).

Вычислите количество теплоты, выделившейся при протекании реакции нейтрализации, по формуле:

q = (tкон.- tнач.)ΣС

где

q - количество теплоты, выделившейся при протекании реакции нейтрализации, кДж;

tконконечная температура реакционной смеси, ˚С;

tнач.- начальная температура реакционной смеси, ˚С;

ΣС – теплоемкость системы, кДж/К

ΣС=С1m1+C2m2

С1 и C2 – удельная теплоемкость реакционного сосуда и реакционной смеси соответственно, кДж/К

m1 и m2 – масса реакционного сосуда и реакционной смеси соответственно, г.

При расчете допустимо принять, что удельная теплоемкость реакционного сосуда пренебрежительно мала (С1=0), из-за его малой теплопроводности. Тогда

ΣС=C2m2

q = (tкон.- tнач.) C2m2

Удельную теплоемкость раствора можно принять равной удельной теплоемкости воды ( 4,2 кДж/г·К). При расчете массы реакционной смеси, следует воспользоваться зависимостью

m = V·ρ,

где

m- масса реакционной смеси, г;

V – объем реакционной смеси (сумма объемов растворов кислоты и основания), мл;

ρ – плотность реакционной смеси, г/мл. Допускается принять, что плотность реакционной смеси равна плотности воды (1 г/мл).

Далее следует вычислить молярный тепловой эффект реакции Q:

Qм = q·υ

где

q- удельная теплоемкость раствора, кДж/г·К;

υ – количество продукта реакции, моль.

Поскольку весь эксперимент проводили с использованием растворов сильной кислоты и сильного основания, то в сокращенном ионном виде вся реакция описывается уравнением:

H+ + OH- = H2O

Следовательно, количество образовавшегося продукта реакции (воды) равно количеству ионов ионов H+ или OH-, вступивших в реакцию, то есть количеству, например, прореагировавшей щелочи. При расчете этого количества следует учесть, что исходный раствор щелочи (кислоты) был вдвое разбавлен за счет приливания равного объема второго компонента, кислоты (щелочи).

Далее следует вычислить энтальпию реакции нейтрализации:

ΔH = -Qм

IV. Вопросы для подготовке к защите лабораторной работы.

1. Что такое «энтальпия»?

2. При каких условиях тепловой эффект химической реакции численно равен изменению энтальпии?

3. Почему энтальпия нейтрализации слабых кислот и оснований зависит от природы этих веществ, а сильных – не зависит?

4. Расскажите, как вы производили опыт и обоснуйте свои действия.

5. Поясните методику расчета энтальпии в выполненной вами работе.

6. Почему в расчеты допустимо подставить значения температуры, выраженной в ˚С, несмотря на то, что значения теплоемкости выражается в кДж/К?