Определение теплового эффекта химической реакции (120

в него датчик температуры. Включите мешалку, запустите процесс измерения нажатием экранной кнопки «Пуск». При стабилизации показаний датчика температуры нажатием экранной кнопки «Выбор» введите в компьютер значение температуры. В окне укажите значение абсциссы «1». В стакан с HCl мерным цилиндром добавьте 50 мл 4 М раствора NaOH. При прекращении роста температуры введите ее значение в компьютер, указав значение абсциссы «2». Остановите измерение нажатием экранной кнопки «Стоп», сохраните результаты нажатием экранной кнопки «Архив».

Откройте файлы с результатами в программе Excel. Каждый файл содержит два столбца. Первый — номер измерения (1 — до смешения реагентов, 2 — после смешения), второй — значения температуры. Рассчитайте разность температур до и после реакции T и вычислите тепловой эффект по формуле

rH0 = TCрm,

где Cр — массовая теплоемкость раствора; m — масса раствора.

В первом приближении можно считать, что в эксперименте нагревается только раствор, т. е. масса системы равна конечной массе раствора. Теплоемкость раствора примите равной теплоемкости воды. Количество прореагировавшего вещества n рассчитайте, зная объем раствора V и концентрацию C, по формуле n = CV . В отчете приведите уравнение реакции, начальную и конечную температуры раствора, T и тепловой эффект реакции.

Опыт 2. Определение энтальпии растворения и гидратации солей

При растворении кристаллических солей в воде протекают два основных процесса: первый (эндотермический) связан с разрушением кристаллической решетки; второй (экзотермический) обусловлен взаимодействием частиц растворяемого вещества с молекулами растворителя и образованием гидратированных ионов или молекул. В зависимости от того, какой из двух процессов имеет большую по модулю величину энтальпии, энтальпия растворения может быть больше или меньше нуля.

12

Согласно закону Гесса, тепловой эффект (энтальпию) раство-

рения раствH0 можно представить в виде алгебраической суммы энергии (энтальпии) разрушения кристаллической решетки

и энтальпии гидратации ионов

Энергия кристаллической решетки известна для многих ионных соединений, теплоту растворения веществ можно определить экспериментально. При расчете по указанному уравнению находят суммарное значение энтальпии гидратации катиона и аниона. Энтальпию гидратации данного иона определяют по известной энтальпии гидратации иона противоположного знака.

Определение энтальпии растворения проводится на калориметрической установке, изображенной на с. 8.

Порядок выполнения работы

1. С помощью мерного цилиндра в калориметрический стакан влейте 200 мл дистиллированной воды. Измерьте с точностью до 0,1 K ее температуру Tнач.

2.Получите у лаборанта навеску соли (по указанию преподавателя) и запишите ее массу с точностью до 0,01 г.

3.При перемешивании внесите соль в воду и отметьте температуру максимального изменения (повышения или понижения) Tкон.

4.Рассчитайте количество теплоты, выделенной или поглощенной в калориметре, по формуле

Q = Cстmст + Cр(mв + mс) T,

где Q — количество теплоты, Дж; Cст — удельная теплоемкость стекла, равная 0,753 Дж/(г · K); mст — масса калориметрического стакана, г; Cр — удельная теплоемкость раствора, равная 4,184 Дж/(г · K);

mв — масса воды, г; mс — масса соли, г; T = Tкон − Tнач — разность температур.

13

5. Рассчитайте энтальпию растворения соли по формуле

раствH0 = −QMс/mс,

где Mс — молярная масса соли, г/моль.

Выполнение опыта 2 на установке L-микро

К первому разъему измерительного блока подключите длинный датчик температуры. В меню программы «L-химия — практикум» выберите сценарий «Датчики: Температура 0–100◦C (длинный датчик): зависимость от времени» и перейдите в окно измерений.

Отберите в стакан 100 мл дистиллированной воды, поставьте его на магнитную мешалку. Погрузите в стакан датчик температуры, включите перемешивание. Возьмите на весах навеску примерно 10 г вещества, пересыпьте ее в стакан с водой. Нажатием на экранную кнопку «Пуск» запустите процесс измерения температуры. При полном растворении вещества остановите измерение нажатием экранной кнопки «Стоп». Сохраните результаты нажатием экранной кнопки «Архив».

Методика выполнения опытов на установке L-микро взята из книги Жилин Д. М. Общая химия. Практикум L-микро. М.: МГИУ, 2006.

14

Откройте файл с результатами. Первый столбец — время от начала опыта, второй — значения температуры. Среди них нужно найти максимальное или минимальное, которое подставляют в формулу для расчета теплоты растворения.

В отчете укажите исследуемое вещество, массу навески, значение T. В выводе укажите тепловой эффект процесса растворения вещества.

Задачи для самостоятельного решения

1. Рассчитайте стандартную энтальпию реакции (табл. 3), используя стандартные энтальпии образования веществ. Экзоили эндотермическим является данный процесс? Предварительно расставьте стехиометрические коэффициенты.

Таблица 3

2. Рассчитайте количество теплоты, выделенное или поглощенное при проведении процессов (задача 1), если известно количество вещества, вступившее в реакцию, или его объем при нормальных условиях (табл. 4).

15