Лабораторная работа № 2. Определение теплоты нейтрализации сильной кислоты сильным основанием.

Цель работы:

1. Определить константу калориметра.

2. Определить тепловой эффект реакции нейтрализации силь­ных кислот сильными основаниями.

Приборы и посуда:

1. Калориметр;

2. Прибор для забора жидкости в пипетку.

Реактивы и материалы:

1. Раствор сильной кислоты;

2. Раствор сильного основания.

Сильные электролиты в водных растворах (ε ~ 80) полностью диссоциированы на ионы, поэтому реакция нейтрализации сильной кислоты сильным основанием сводится к соединению 1 моль эквивалента ионов водорода (точнее гидратированных ионов водорода) с 1 моль эквивалентов гидроксид-ионов:

Н⁺ + ОН^- → Н₂О + Q_нейтр.

Следовательно, независимо от природы кислоты и основания, нейтрализация сводится к образованию 1 моль воды. Тепловой эффект этой реакции называют теплотой нейтрализации.

Теплота нейтрализации слабых кислот сильными основаниями или сильных кислот слабыми основаниями заметно отличается, что вызвано малой степенью диссоциации слабых электролитов.

Методика выполнения работы

Получают у преподавателя задание, например: определить тепловой эффект реакции нейтрализации при взаимодействии гидроксида натрия с соляной и серной кислотами или азотной кислоты с гидроксидом натрия и гидроксидом калия и т. д.

Вначале определяют постоянную калориметра К, как описано выше (см. лабораторную работу №1), при объеме воды во внутреннем сосуде 250 мл.

а) Затем в чистый внутренний стакан (см. лабораторную работу № 1, рис. 3)- наливают 250 мл 0,2 н. раствора щелочи (КОН или NaОН по указанию преподавателя). Раствор щелочи должен быть титрован и иметь комнатную температуру.

Помещают в раствор мешалку, закрывают калориметр крыш­кой и вставляют нормальный термометр № 2 с интервалом изме­рений от —2 до +52° С. Ртутный шарик термометра должен находиться в средней части жидкости.

Концентрированные кислоты хранятся под тягой. В пипетку под тягой набирают, например, 10 мл концентрированной соляной кислоты (плотность 1,19—1,18). При этом необходимо пользо­ваться пипеткой с резиновой грушей, которая сжимается лапкой, закрепленной в штативе (рис. 5). При отсутствии такого устройства можно использовать мерный цилиндр на 10 см. Кислоту переносят в чистую сухую пробирку 5, плотно закрывают ее пробкой, выносят из-под тяги и помещают в калориметр (рис. 4).

Приступают к калориметрическим измерениям. По окончании предварительного периода, на 6-й минуте пробирку 5 вынимают из калориметра и кислоту осторожно выливают в раствор щелочи (не обливать кислотой крышку калориметра!). Пустую пробирку 5 закрывают пробкой.

Отверстие в крышке калориметра также закрывают пробкой, раствор продолжают перемешивать и следят за ходом температуры в главном (фиксировать температуру через 0,5 мин!) и заключи­тельном периодах. Результаты калориметрических измерений заносят в табл. II отчета.

Рис. 5. Простейшее приспособление для забора жидкости в пипетку.

При добавлении концентрированной сильной кислоты к раствору щелочи на­блюдаемый тепловой эффект является результатом сложения тепловых эффектов трех стадий: 1) теплоты нейтрализации — кислоты щелочью; 2) теплоты разведения кислоты в воде; 3) теплоты разведения щелочи водой, вносимой вместе с кисло­той, т. е. определяют суммарное изменение температуры Δt°, зависящее от этих стадий.

Так как щелочь уже сильно разбавлена, третий тепловой эффект очень мал, и поэтому им можно пренебречь. Второй тепловой эффект — теплоту разведения кислоты в воде—необходимо учитывать, ввиду того что он значителен. Для его определения в калориметрический стакан наливают 250 мл дистиллированной воды, в пробирку вносят такой же объем кислоты, как при определении Δt° _сумм. (в нашем примере 10 мл концентриро­ванной НС1), и проводят калориметрический опыт аналогично предыдущему, занося экспериментальные данные в табл. II.

б) Аналогично определяют теплоту нейтрализации серной или азотной кислоты той же щелочью. Для опыта используют кон­центрированные кислоты (ρ(H₂SO₄) ≈1,8; ρ(HNO₃) ≈ 1,4); объем H₂SO₄ и HNO₃ уменьшают до 5 мл.

С концентрированными кислотами следует обращаться осто­рожно. Не набирать концентрированную кислоту в пипетку ртом!

Концентрированные кислоты, особенно азотная и серная, вы­зывают тяжелые химические ожоги кожи, особенно они опасны для глаз. При случайном попадании концентрированных кислот на кожу, в глаза надо немедленно промыть пораженное место большим количеством проточной воды (под краном) и обрабо­тать нейтрализующим раствором (2% раствором гидрокарбоната натрия).