Экспериментальная часть Опыт. Определение теплоты нейтрализации сильной кислоты сильным основанием и расчет энергии Гиббса реакции

Тепловые эффекты (энтальпии) различных процессов эксперимен-тально определяют с помощью прибора, называемого калориметром (рис. 2). Простейшая калориметрическая установка состоит из двух стаканов разного размера. В наружный стакан1большего объема вставляется внутренний стакан2меньшего размера. Внутренний стакан является реакционным сосудом, в котором осуществляется химическая реакция или другой процесс, сопровождающийся выделением или поглощением теплоты. Во избежание потерь теплоты через стенки калориметрического стакана между сосудами располагают пробковые прокладки3. Калориметрический стакан закрывают крышкой4с отверстиями для термометра5 (цена деления 0,1ºС) и воронки6. Процесс проводят при перемешивании7, способствующем выравниванию температуры во всех частях реакционной системы, на магнитной мешалке.

Рис. 2. Схема калориметрической установки:

1 – внутренний стакан; 2 – внешний стакан; 3 – термоизолирующая прокладка; 4 – крышка; 5 – термометр; 6 – воронка; 7 – магнитик для перемешивания; 8 – штатив; 9 – магнитная мешалка

Количество теплоты, выделяющейся или поглощающейся в калориметре, вычисляют по формуле

Q=С(Т₂–Т₁),

где Т₂иТ₁– конечная и начальная температуры жидкости в калориметрическом стакане, К;С–теплоемкость системы, Дж/К.

Суммарная теплоемкость системы складывается из теплоемкостей калориметрического стакана и находящейся в нем жидкости:

С = С₁m₁ + С₂m₂,

где m₁ и m₂ – массы калориметрического стакана и жидкости в стакане, г; С₁ и С₂ – удельные теплоемкости стекла и жидкости, .

Сущность реакции нейтрализации сильной кислоты сильным основанием заключается в образовании воды, например:

HCl_(p) + NaOH_(p) → NaCl_(p) + H₂O_(ж).

Согласно теории электролитической диссоциации реакции нейтрализации отвечает термохимическое уравнение:

; = – 55,8 кДж/моль.

Выполнение опыта

С помощью мерного цилиндра отмерьте заданный объем V₁(по указанию преподавателя) 1 М раствора гидроксида натрияNaOH.
Установите на магнитной мешалке калориметрический стакан, в который поместите магнитик для перемешивания и через воронку налейте отмеренный объем раствора щелочи.
Включите перемешивающее устройство и установите равномерный режим перемешивания раствора.
Закройте крышкой калориметрический стакан и через отверстие (осторожно) в раствор щелочи погрузите термометр, закрепленный в лапке штатива.
Отметьте по термометру начальную температуру Т₁раствора с точностью до 0,1С.
Налейте в мерный цилиндр такой же объем V₂1 М раствора соляной кислотыHClи при работающей мешалке через воронку влейте раствор кислоты в калориметрический стакан. Отметьте самую максимальную температуруТ₂, наблюдаемую после сливания растворов.
По окончании эксперимента отключите мешалку, разберите установку.

В отчете:

запишите уравнение реакции взаимодействия соляной кислоты с гидроксидом натрия в молекулярной и ионно-молекулярной формах, термохимическое уравнение реакции нейтрализации;
результаты измерений занесите в табл. 1.

Таблица 1

Масса калориметрического стакана, m₁, г	Суммарный объем жидкости в стакане, V, мл	Температура
		Т₁	Т₂

По полученным данным рассчитайте следующие величины:

– разницу температур: Т=Т₂–Т₁;

– массу жидкости (m₂, г) в калориметрическом стакане:

m₂= ρ(V₁+V₂)

при расчете считать плотность (ρ) жидкости равной 1 г/мл;

– суммарную теплоемкость калориметрической системы С, Дж/К. При расчете использовать значения удельной теплоемкости: стеклаС₁= 0,753, раствораС₂= 4,184;

– количество теплоты Q, выделившейся при реакции нейтрализации;

– количество вещества (число молей) образовавшейся воды , равное количеству вещества вступившей в реакцию нейтрализации кислотыn_к(или щелочи) при известных молярной концентрацииc(моль/л) и объеме раствораV(л):