При протекании химической реакции (опыт 3.1)

Тепловой эффект процесса (q) можно рассчитать по формуле

q = Δ T ^. m ^. C, (3.17)

где = Δ T – разность между конечной и начальной температурой системы, К; m – масса исследуемой системы, кг; ^. C – удельная теплоемкость системы, Дж/кг.

Теплоемкость данной системы выражается уравнением:

С = C₁ m₁ + C₂ m₂, (3.18)

где C₁ и m₁ – удельная теплоемкость и масса реакционного сосуда, C₂ и m₂ – удельная теплоемкость и масса исследуемого раствора. Виду низкой теплопроводности стеклянного сосуда, первой составляющей в упрощенных опытах пренебрегают.

Для определения Δ T используют калориметры – лабораторные приборы, в которых сведен к минимуму обмен системы теплотой с окружающей средой. На рис. 3.1 приведена схема простейшего калориметра.

 

Рис. 3.1. Схема калориметра: 1 – корпус; 2 – реактор;

3 – воронка; 4 – мешалка; 5 – термометр

Выполнение опыта. Отмерить цилиндром и вылить в реактор 50 см³ раствора H₂SO₄ (С_н = 1 моль/дм³). Перемешивая раствор с постоянной интенсивностью регистрировать температуру каждые 30 секунд в течение всего опыта. Температуру измерять с точностью до 0, 5°. Через 2 минуты добавить в реактор 50 см³ раствора NaOH (С_н = 1 моль/дм³). Регистрацию температуры продолжать еще 3 минуты. Данные наблюдений занести в таблицу 3.1.

Таблица 3.1

Зависимость температуры раствора от времени

τ, с
T, oС

По данным таблицы 3.1 построить график в координатах «T – τ». Вид ожидаемой кривой и метод графического определения Δ T представлены на рис. 3.2.

Зная Δ T, рассчитать величину q по формуле (3.17), приняв теплоемкость раствора равной удельной теплоемкости воды (4, 2 кДж/кг).

Рассчитать молярный тепловой эффект реакции нейтрализации (Q_м)

H⁺ + OH^– = H₂O

по формуле

Q_м = q ^. M/m, (3.19)

где, М – молярная масса воды, m – масса воды, полученной в ходе опыта.

Записать результат

Δ Н₂₉₈(Н₂О) = – Q.

Рассчитать погрешность определения, сравнив полученную величину с табличным значением Δ Н₂₉₈(Н₂О) = – 57, 22 кДж/моль.

 

Рис. 3.2. Изменение температуры раствора при протекании

экзотермической реакции в ячейке, теряющей теплоту

в окружающую среду