Экспериментальная часть.

ОПЫТ 1. Определение теплоты реакции нейтрализации.

Определяются тепловые эффекты следующих реакций:

HCl (р) + NaOH(р) = NaCl(р) + H₂O(ж)

CH₃COOH(р) + NaOH(р) = CH₃COONa(р) + H₂O(ж)

Проводимые реакции различаются силой участвующих в них кислот - соляная кислота является сильной и в растворе полностью диссоциирована на ионы, уксусная кислота слабая и диссоциирует лишь частично. Поэтому химическая сущность изучаемых процессов выражается следующими ионно-молекулярными уравнениями:

H⁺(р) + OH^-(р) = H₂O(р)

CH₃COOH(р) + OH^-(р) = CH₃COO^-(р) + H₂O(ж)

При нейтрализации уксусной кислоты связыванию ионов водорода и гидроксила предшествует процесс диссоциации: CH₃COOH = CH₃COO^- + H⁺. Теплота диссоциации рассчитывается по закону Гесса (см. пример 1).

Получите у преподавателя задание к опыту и запишите исходные данные:

объемы растворов (мл) V_HCl = V_{CH COOH} = V_NaOH =

концентрации (моль/л) C_HCl = C_{CH COOH} = C_NaOH =

Мерным цилиндром отмерьте заданное количество соляной кислоты и перелейте ее в калориметрический сосуд. Соберите калориметр. Наблюдайте за показаниями термометра. При достижении постоянства температуры отметьте ее значение и запишите в таблицу (Тн).

Мерным цилиндром отмерьте необходимое количество раствора щелочи и осторожно, но быстро прилейте щелочь к раствору кислоты в калориметре. Приведите калориметр в рабочее состояние и наблюдайте за показаниями термометра. Зафиксируйте и отметьте в таблице максимальное значение температуры (Тк).

В аналогичной последовательности проведите опыт с уксусной кислотой и занесите результаты опыта в таблицу.

Уравнение реакции	Тн, °С	Тк, °С	DТ=Тк -Тн	DНэк, кДж	DНтеор, кДж
H+(р) + OH-(р) = H2O(р)
CH3COOH(р) + OH-(р) = CH3COO-(р) + H2O(ж)

Теплота реакции рассчитывается по формуле:

DТ

DНэк = - [(m_к + m_щ) C + K ] ¾¾¾ [Дж] (6)

Vк Cк

Где m_к и m_щ - массы растворов кислоты и щелочи соответственно - принимаются равными объемам V_HCl и V_NaOH в миллилитрах,

С = 4.18 Дж/г К - удельная теплоемкость реакционной смеси,

К = - постоянная (теплоемкость) калориметра,

DТ = Тк - Тн - изменение температуры в результате реакции,

V_к и C_к - объем кислоты (в литрах) и ее концентрация (моль/л) соответственно.

 

1) По полученным экспериментальным данным рассчитайте теплоту нейтрализации каждой кислоты. Результаты отметьте в таблице.

2) Рассчитайте теоретическое значение стандартной теплоты нейтрализации каждой кислоты, используя следствие из закона Гесса (ур. 5). Результаты отметьте в таблице.

3) К какому типу (экзо- или эндотермическому) относятся данные реакции?

4) Рассчитайте относительную ошибку каждого опыта по уравнению:

О.о. = ï(DНэк - DНтеор) / DНтеорï 100 [ % ]

5) Напишите уравнение реакции диссоциации уксусной кислоты:

6) Пользуясь законом Гесса, рассчитайте теоретическое значение теплоты диссоциации уксусной кислоты (см. пример 1):

7) Рассчитайте теплоту диссоциации уксусной кислоты по полученным экспериментальным данным. Сопоставьте полученные результаты.

Вариант контрольного теста.

 

I. Изолированная система характеризуется следующими свойствами:

1. V = const 2. m = const 3. P = const 4. Q = 0

 

II. К изобарным процессам относятся процессы, протекающие при:

1. T = const 2. P = const 3. V = const 4. Q = 0

 

III. Изменение энтальпии определяет:

1. теплоту химической реакции при V= const 3. скорость химической реакции

2. теплоту химической реакции при Р= const 4. направление химической реакции

 

IV. Определите знак DН для процесса перехода жидкости в пар:

1. DН < 0 2. DН > 0 3. DН = 0

 

V. Для каких веществ стандартная теплота образования равна нулю:

1. C₂H₄ 2. Fe 3. HF 4. F₂ 5. NaCl

 

VI. Для химической реакции BeO(т) + CO₂(г) = BeCO₃(т) известны значения DН°_{f, 298}(BeO) и

DН°_{f, 298}(BeCO₃). Можно ли по этим данным рассчитать теплоту реакции?

1. можно 2. данных недостаточно

 

VII. Укажите значение теплоты перехода вещества из твердого состояния в жидкое:

1. DН < 0 2. DН > 0 3. DН = 0

 

VIII. Стандартная теплота реакции 4HCl(г) + O₂(г) = 2H₂O(г) + 2Cl₂(г) рассчитывается по формуле:

1. DHх.р. = 2DH^°_f,298(H₂O) - 4DH^°_{f, 298}(HCl)

2. DHх.р. = DH^°_f,298(H₂O) - DH^°_{f, 298}(HCl)

3. DHх.р. = 4DH^°_f,298(HCl) - 2DH^°_{f, 298}(H₂O)

4. DHх.р. = 2DH^°_f,298(H₂O) + 2DH^°_f,298(Cl₂) - 4DH^°_{f, 298}(HCl) - DH^°_f,298(O₂)

 

IX. Стандартная теплота реакции 3H₂(г) + N₂(г) = 2NH₃(г) равна - 92,4 кДж, стандартная теплота образования NH₃ равна:

1. - 92.4 кДж /моль 2. - 46.2 кДж/моль 3. + 92.4 кДж/моль 4. - 184.8 кДж/моль

 

X. Рассчитайте стандартную теплоту реакции CO(г) + 1/2O₂(г) = CO₂(г), если известны

DH°_f,298(CO) = - 110.5 кДж, DH°_f,298(СО₂) = - 393.5 кДж

1. + 283 кДж 2. - 283 кДж 3. - 504 кДж 4. 393.5 кДж

 

Ответы и комментарии.

I. 1, 2, 4 см. определение стр. 1, давление может изменяться

II. 2 см. определение стр. 1

III. 2 см. определение стр. 2, уравнение (4)

IV. 2 процесс испарения сопровождается поглощением энергии

V. 2, 4 энтальпия образования простых веществ по определению равна нулю

VI. 2 должны быть известны термодинамические параметры всех веществ

VII. 2 процесс плавления эндотермический

VIII. 1, 4 см. закон Гесса, уравнение (5)

IX. 2 в данном уравнении участвует 2 моля аммиака

X. 2 см. закон Гесса, уравнение (5)

 

Контрольные вопросы.

I. Напишите уравнение реакции, тепловой эффект которой равен теплоте образования соединения:

1. H₂O(ж) 2. NO₂(г) 3. CuO(т) 4. NH₃(г) 5. Al₂O₃(т)

II. Рассчитайте стандартную теплоту реакции 2Cu₂O (т) + O₂(г) = 4CuO(т), в которой количество прореагировавшего кислорода равно:

1. 2 моля 2. 16 г. 3. 64 г. 4. 11,2 л 5. 44,8 л

III. При диссоциации ортокремниевой кислоты можно рассматривать пять процессов:

а) H₄SiO₄ = 4 H⁺ + SiO₄^4-, DH(a)

б) H₄SiO₄ = H⁺ + H₃SiO₄^-, DH(б)

в) H₃SiO₄^- = H⁺ + H₂SiO₄^2- , DH(в)

г) H₂SiO₄^2- = H⁺ + HSiO₄^3-, DH(г)

д) HSiO₄^3- = H⁺ + SiO₄^4-, DH(д)

Как, пользуясь законом Гесса, определить тепловой эффект

1. DН(а) 2. DН(б) 3. DН(в) 4. DН(г) 5.DН(д)

если теплота всех остальных процессов известна. Ответ мотивируйте.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ.

Термодинамические характеристики некоторых веществ.

Вещество	DH°f,298 кДж/моль	S°298 Дж/моль К	DG°f,298 кДж/моль
ZnO (к)	- 349	43.5	- 318.23
ZnS (к)	- 201	57.7	- 198.21
SO2 (г)	- 296.9	248.1	- 300.2
NH4Cl (к)	- 315.39	94.56	- 203.2
NH3 (г)	- 46.19	192.5	- 16.64
HCl (г)	- 92.3	186.7	- 94.83
CuO (к)	- 162	42.63	- 129.4
Cu2O (к)	- 173.2	92.93	- 150.5
O2 (г)		205.04
H2O (ж)	- 285.84	69.96	- 237.3
CH3COOH (р)	- 484.09	159.83	- 396.7
CH3COO- (р)	- 485.64	87.58	- 369.36
H+ (р)
OH- (р)	- 230.02	- 10.71	- 157.35