Лабораторная работа № 5 энтальпии (тепловые эффекты) химических реакций

Определение тепловых эффектов реакций производят в специальных приборах, называемых калориметрами. В зависимости от характера процесса и реагирующих веществ применяют калориметры различных конструкций, но все они содержат калориметрический сосуд, который защищается от потерь тепла и снабжен чувствительным термометром.

Рис.5. Калориметр

Простейший калориметр (рис.5) состоит из калориметрического (внутреннего) стакана (1) из стекла или алюминия емкостью 0,25 л, наружного сосуда (внешний стакан) (2) из алюминия или пластмассы. Стаканы не должны соприкасаться во избежание потерь через стенки внутреннего калориметрического сосуда. Для этого между ними помещают пробковые прокладки. Внутренний стакан закрывают крышкой (3) с тремя отверстиями, в которые вставлены мешалка (4), точный термометр (цена деления 0,1 оС) (5) и воронка (6) для засыпания в калориметр вещества или наливания раствора.

Количество теплоты, которое выделяется или поглощается в калориметре, определяется по формуле:

Q = (t₂-t₁)c (1)

где t₂ и t₁– конечная и начальная температуры в калориметре;

c - теплоемкость системы – сумма теплоемкостей калориметрического сосуда и находящегося в нем вещества (раствора) c₁m₁ + c₂m₂, m₁ и m₂ – массы калориметрического стакана и жидкости, находящейся в калориметрическом сосуде.

Для пересчета теплового эффекта на моль вещества пользуются формулой

Н = (2),

где Н – энтальпия (тепловой эффект), рассчитанная на моль, кДж/моль;

m – навеска вещества (г), взятого для калориметрического опыта;

М – молярная масса вещества, г/моль.

Опыт 1. Определение энтальпии (теплоты) нейтрализации.

Определить энтальпию нейтрализации Н_нейтр – это значит определить тепловой эффект реакции образования одного моля воды из кислоты и основания при постоянном давлении.

Взаимодействие сильной кислоты и сильного основания сводится к процессу

Н⁺_(р) + ОН^-_(р)  Н₂О_(ж)

Из этого следует, что энтальпия нейтрализации сильных кислот сильными основаниями не зависит от их природы и равна –56,7 кДж/моль.

Иная закономерность наблюдается для нейтрализации слабых кислот или (и) слабых оснований. В этом случае теплота нейтрализации меньше, так как ионизация кислоты (основания) требует затраты энергии.

Выполнение работы.

1. Взвесьте на технохимических весах калориметрический (внутренний) стакан (m₁).

2. В этот стакан налейте 75 мл 1М раствора щелочи (по указанию преподавателя) и измерьте температуру раствора (t_щ).

3. Налейте в мерный цилиндр 75 мл 1М раствора кислоты (по указанию преподавателя) и определите ее температуру (t_к).

4. Среднее арифметическое этих температур будет являться начальной температурой t₁ = (t_щ + t_к)/2.

5. При помешивании палочкой (мешалкой) влейте раствор кислоты в калориметр и отметьте самую высокую температуру t₂, которую покажет термометр после сливания раствора.

Таблица 3.