Контрольні питання та завдання до лабораторної роботи № 1

1. Суть калориметричного методу. Етапи калориметричних вимірювань.

2. Що таке стала калориметра?

3. Які способи визначення сталої калориметра?

4. Чим відрізняються К і К^/?

5. Що таке тепловий ефект?

6. Що таке інтегральна та диференційна теплоти розчинення?

7. Необхідно знайти тепловий ефект реакції А+В=С за даними теплот утворення і теплот згоряння цих речовин, наведеними з однаковою точністю. Якими даними слід користуватися і чому?

8. Чим термометр Бекмана відрізняється від звичайного термометра?

9. * Запропонуйте експеримент для визначення теплоти гідратоутворення Na₂CO₃·10H₂O.

10. Сформулюйте закон Гесса та слідства з нього. Яким слідством з закону Гесса Ви користуєтесь при виконанні цієї лабораторної роботи?

Лабораторна робота № 2. Визначення теплового ефекту реакції нейтралізації сильних та слабких кислот

Мета роботи – визначити значення теплоти нейтралізації сильних та слабких кислот та теплоти дисоціації слабких кислот, які супроводжують реакцію взаємодії кислот та основ.

Тепловим ефектом реакції нейтралізації ( ) називають кількість теплоти, яка виділяється при взаємодії кислоти з основою.

Молярною інтегральною теплотою нейтралізації ( ) називають кількість теплоти, яка виділяється при взаємодії одного молю кислоти з одним молем основи. Тому знаючи можна визначити за рівнянням (1.5):

,

де n – кількість моль-еквівалентів кислоти чи лугу, що прореагували.

Реакцію нейтралізації сильних кислот сильними основами в іонній формі можна записати таким чином:

Na⁺ + OH^-+ H₃O⁺ + Cl^- Na⁺ + Cl^- +Н₂O (1.12),

або

H₃O⁺ + OH^- 2 Н₂O + ΔН_нейтр. (1.13).

З цього випливає, що взаємодія сильних кислот з сильними основами супроводжується виділенням однакової кількості теплоти. За табличним даними в цьому випадку = -54,4·10³ Дж/моль. Тобто це екзотермічний процес, < 0, а = > 0. При проведенні експерименту одночасно з нейтралізацією має місце процес розведення, але значення теплоти розведення невеликі, тому ними нехтують.

Величина теплового ефекту реакцій нейтралізації слабких кислот залежить від сили кислоти. В загальному вигляді реакцію нейтралізації одноосновних слабких кислот, наприклад оцтової, можна представити таким чином:

НАс + NaOH = NaАс + Н₂O + ΔН_{нейтр., НАс} (1.14).

Цей процес складається з реакції дисоціації слабкої кислоти:

НАс + Н₂O = H₃O⁺ + Ас^- + ΔН_{дис., НАс} (1.15)

та самої нейтралізації (1.13):

H₃O⁺ + OH^- = 2Н₂O + ΔН_нейтр..

Тому тепловий ефект нейтралізації слабкої кислоти ( ) дорівнює сумі теплот дисоціації та нейтралізації:

(1.16).

Хід роботи

При підготовці до лабораторної роботи слід прочитати та ретельно законспектувати основні засади калориметрії і правила роботи з калориметричними пристроями (розділи 1.1 – 1.3).

Методика проведення експерименту складається з трьох експериментальних та розрахункової частин.

1. Визначають сталу калориметру К´ за розчиненням KCl або К електричним методом (див. розділи 1.2.3, 1.2.5, 1.3.2 та 1.3.3).

2. Експериментально визначають теплоту нейтралізації сильної кислоти. Для чого в калориметричний стакан заливають 300 мл 0,1 М NaOH, поміщають скляну ампулу з 5 – 10 мл 2 М НCl (або будь-яку іншу кислоту чи луг). Вмикають мішалку, фіксують 9 – 10 відліків початкового періоду. На наступному відліку розбивають ампулу, не припиняючи вимірювання температури протягом головного періоду та ще 10 відліків кінцевого періоду. Результати вимірювань заносять в таблицю 1.1, будують графік залежності Т від t та визначають Т_експ. (розділи 1.2.3 – 1.2.5).

3. Експериментально визначають теплоту нейтралізації слабкої кислоти. Для цього в калориметричний стакан заливають 300 мл 0,1 М NaOH, поміщають скляну ампулу з 5 – 10 мл 2 М НАс (або будь-яку іншу слабку кислоту чи луг). Вмикають мішалку, фіксують 9 – 10 відліків початкового періоду. На наступному відліку розбивають ампулу, не припиняючи вимірювання температури протягом головного періоду та ще 10 відліків кінцевого періоду. Результати вимірювань заносять в таблицю 1.1, будують графік залежності Т від часу і визначають Т_експ.

4. Розраховують , за співвідношенням (1.8) або (1.2) та (1.5), в залежності від того як визначалась стала калориметру.

5. Обчислюють за співвідношенням (1.16).