Лабораторная работа 2 Определение теплоты реакции нейтрализации

Цель работы: Рассчитать теплоту реакции нейтрализации из экспериментального изменения температуры системы

Приборы и реактивы: калориметр, мешалка, термометр Бекмана (или другой термометр), ампула, фильтровальная бумага, технохимические весы, 0,5н раствор HCl, 4н NaOH⁶ или 10% раствор NaOH.

Теоретическое обоснование

Процесс нейтрализации сильной кислоты сильным основанием сводится к взаимодействию в растворе гидроксид-иона и иона оксония с образованием практически недиссоциируемых молекул воды:

OH^-+H₃O⁺=2H₂O+H_нейтр. (7)

Соответствующий тепловой эффект реакции H_нейтр. называют теплотой нейтрализации. Эта величина относится к одному моль-эквивалентов реагентов и, очевидно, будет постоянной независимо от рода кислоты и щелочи. В разбавленных растворах при 298 K H_нейтр =56000 Дж/моль. Задача работы сводится к определению теплоты нейтрализации калориметрическим методом.

Методика эксперимента Первый вариант

Во внутренний стакан калориметра (рис. 1) заливают раствор кислоты, а в тонкостенную⁷ колбочку - щелочи в таких объёмах, которые содержат равное количество эквивалентов, включают мотор мешалки и через 300 с начинают измерение температуры через каждые 30 с. Спустя 300 с в последнюю секунду начального периода разбивают колбочку со щелочью пробойником (стеклянной палочкой, вставленной в колбочку) и продолжают запись температур ещё 600 с. После этого мешалку выключают, вынимают внутренний стакан и приводят температуру системы к исходной путем охлаждения ее на воздухе⁸ и определяют её теплоёмкость С. На основании полученных данных строят графические зависимости: температура - время, по которым определяют повышение температуры T, вызванное реакцией нейтрализации, и теплоту нейтрализации Q=С∙T. Полученное значение представляет собой сумму теплоты нейтрализации и разбавления кислоты и щелочи в воде. Теплота разбавления кислоты мала и ее не учитывают. Для учета теплоты разбавления щелочи первый опыт повторяют с заменой кислоты равным количеством дистиллированной воды. При этом теплоемкость системы вторично не определяют, так как теплоемкость разбавленного раствора щелочи практически не отличается от равного объема разбавленного раствора соли. Повышение температуры вследствие разбавления щелочи ничтожно и может быть зафиксировано только с помощью чувствительного термометра (например, Бекмана). При отсутствии такового определение теплоты разбавления может быть опущено без значительной погрешности опыта. В этом случае принимают ΔН≈H_нейтр. Для определения теплоты нейтрализации, полученный в опыте результат, необходимо отнести к 1 моль-эквиваленту.

Второй вариант

Для проведения опыта берут избыточное против стехиометрического количество щёлочи. Раствор последней готовят разбавлением 100 мл 10%-ного раствора NaOH в мерной колбе до 500 мл. По разности весов заполненного щёлочью и пустого калориметрического стакана устанавливают вес используемой в опыте щёлочи с точностью до 0,1 г. Исследуемую кислоту вводят в ампулу. Затем работа проводится так же, как и в первом варианте.

Отчет по работе

должен содержать:

- теоретическое обоснование экспериментальной части работы,

- методику эксперимента, включающую схему установки,

- данные по составу и количеству используемого раствора,

- таблицу 2 наблюдений,

- графические зависимости температуры от времени⁹, построенные на миллиметровой бумаге,

- расчет теплоты нейтрализации,

- расчет относительной и абсолютной погрешности измерений.

Относительная погрешность измерений не должна превышать 5%.

Лабораторная работа 3

Определение теплоты образования кристалЛогидрата

Цель работы: определение теплового эффекта образования кристаллогидрата MAnH₂O из твердой безводной соли MA и n молекул воды.

Приборы и реактивы: калориметр, мешалка, термометр, термометр Бекмана, ампула, фильтровальная бумага, безводная соль (например, CuSO₄).

Теоретическое обоснование

Процесс образования кристаллогидрата можно представить в виде:

MA_(тв)+nH₂O= MAnH₂O(тв) +_rH. (8)

Непосредственно реакция (3.8) протекает медленно и не до конца, поэтому ее тепловой эффект может быть получен на основании закона Гесса по следующим легко осуществимым ступеням:

МА_(тв)+ mH₂O=MA_(p-p)+ΔH₁, (9)

MAnH₂O_(тв) + (m-n)H₂O=MA_(р-р) +H₂. (10)

Вычитая из уравнения (3.9) уравнение (3.10) получим

MA_(тв)+nH₂O=MA∙nH₂O_(тв) +H₃. (11)

Из закона Гесса следует, что

_rH=H₁–H₂. (12)

Таким образом, для определения теплоты образования кристаллогидрата необходимо провести опыт с растворением безводной соли и кристаллогидрата в соответствующем количестве воды.