Материал: полезная метода

химических, но и в медико-биологических науках. Энергия, необходимая живым организмам для совершения работы, поддержания постоянной температуры тела и т.д., получается организмом за счет экзотермических реакций окисления, протекающих в клетках.

В химических лабораториях применяется простейший калориметр, который состоит из сосуда для проведения химической реакции, помещенного во внешнюю оболочку. Калориметр снабжен термометром, мешалкой для быстрого достижения однородности раствора, и воронкой для введения в сосуд растворов реагирующих веществ. Количество теплоты, выделяющейся или поглощающейся в калориметре, определяют по общей теплоемкости всех частей калориметра и изменению температуры.

Работа 1. Определение теплоты реакции нейтрализации сильной кислоты сильным основанием

Цель работы: научиться определять теплоту реакции нейтрализации сильной кислоты сильным основанием.

Теплотой нейтрализации называется количество теплоты, которое выделяется при взаимодействии грамм-эквивалента кислоты с граммэквивалентом основания. Нейтрализация 1г-экв. сильной кислоты сильным основанием, в достаточно разбавленном растворе, сопровождается почти одинаковым экзотермическим тепловым эффектом, отвечающим одному и тому же процессу – образованием 1 моля жидкой воды из гидратированных ионов по уравнению:

H+aq + OH–aq → H2O(ж), Qнейт.= 5,9 кДж/г-экв.

Постоянство теплоты нейтрализации не соблюдается при нейтрализации слабого основания сильной кислотой или наоборот, так как в этих реакциях на тепловой эффект реакции влияет теплота диссоциации слабого электролита.

Выполнение работы. Во взвешенный калориметрический стакан помещают 50 мл 1,0N раствора щелочи и записывают показание термометра. В отдельный стакан отмеряют 60 мл 1,0N раствора соляной кислоты и измеряют его температуру. Поместив мешалку и термометр в калориметрический стакан, его закрывают крышкой. Затем, при перемешивании, вливают через воронку раствор кислоты в калориметр и следят за показаниями термометра, отмечая самую высокую температуру.

41

Результаты опыта записывают в таблицу:

Масса калориметрического стакана, m1, г.

Концентрация растворов, моль/л

Объем раствора щелочи, V1, мл

Объем раствора кислоты, V2, мл

Температура щелочи , tºщ.

Температура кислоты, tºк.

Начальная температура, tº1=0.5(tºщ.+ tºк.)

Температура поле нейтрализации tº2

Общая масса растворов m2=ρ(V1+V2)

Вычисления:

1.Вычисление теплоты, выделившейся в результате реакции, производят по формуле:

q (m1 c1 m2 c2) t, где t=t2 t1

Удельную теплоемкость стекла (с1) принять равной 0,753 Дж/г∙град., раствора (с2) – 4,184 Дж/г∙град., плотность раствора (ρ) – 1 г/мл.

2.Чтобы определить теплоту нейтрализации, необходимо пересчитать выделившуюся теплоту на 1 грамм-эквивалент щелочи, так как кислота взята в избытке.

Расчет производят по формуле:

3.Сравнивают опытное и теоретическое значения теплоты нейтрализации и определяют (в %) относительную ошибку опыта:

В отчете о работе следует кратко описать ход определения, внести результаты опыта и расчеты.

42

Работа 2. Определение теплоты нейтрализации слабой кислоты слабым основанием

Цель работы: научиться определять теплоту нейтрализации слабой кислоты слабым основанием, объяснить причины различия теплоты нейтрализации сильной кислоты сильным основанием и теплоты нейтрализации слабой кислоты слабым основанием.

Проведите опыт, описанный в работе №1, взяв 1,0N растворы аммиака и уксусной кислоты. Вычислите теплоту нейтрализации в расчете на 1граммэквивалент уксусной кислоты. Сравните результаты с данными предыдущей работы.

Работа 3. Определение теплоты растворения соли

Цель работы: Определить интегральную теплоту растворения хлорида калия. Определить теплоту растворения и гидратации безводного хлорида кальция.

Интегральной теплотой растворения называют количество теплоты, выделяемой или поглощаемой при растворении 1моля вещества в определенном объеме растворителя.

Интегральная теплота растворения электролитов определяется исходя из двух стадий данного процесса: во-первых, поглощения теплоты, которая расходуется на разрушение кристаллической решетки (Q1), и, вовторых, выделения теплоты вследствие гидратации или сольватации каждого иона молекулами растворителя (Q2).

Qраств.= –Q1 + Q2

Выполнение работы: Во взвешенный калориметрический стакан наливают 100мл дистиллированной воды. Отвешивают около 2г хорошо измельченного хлорида калия KCl с точностью до 0,01г. Записывают температуру воды в калориметре и затем, при перемешивании, через воронку прибавляют навеску соли. При растворении соли температура раствора понижается, в результаты опыта записывают ее минимальное значение.

Данные эксперимента записывают в таблицу:

Масса калориметрического стакана, m1, г.

Масса воды, m2, г.

Навеска соли, m3, г.

Температура воды, t1°

Температура раствора соли ,t2°

43

представить так:

2С + 3Н2 + 1/2О2 = С2Н5ОН.

Углерод сгорает до СО2, водород до Н2О, а этиловый спирт до СО2 и Н2О. Следовательно, для определения стандартной теплоты образования С2Н5ОН составим следующий цикл Гесса:

----------------------------------------------------

2С + 3Н2 + 1/2О2 = С2Н5ОН

Нf =[ 393,51.2+{ 285,84.3}+1366,9] = 277,6 кДж/моль.

Стандартная теплота образования этилового спирта равна:

Но298 = 277,6 кДж/моль

2. Определите количество теплоты, выделяющейся при гашении 100 кг извести водой при 250С, если известны стандартные теплоты образования веществ, участвующих в химической реакции:

Нof298 (CaO)k = 635,1 кДж/моль;Нof298 (Н2Ож) = 285,84 кДж/моль;Нof298 (Са(ОН)2)к = 986,2 кДж/моль.

Решение Реакция гашения извести: СаО(к) + Н2О(ж) = Са(ОН)2(к)

Согласно следствию из закона Гесса тепловой эффект химической реакции равен разности между суммой теплот образования продуктов реакции и суммой теплот образования реагирующих веществ с учетом стехиометрических коэффициентов:

Нo298 = Нof(Са(ОН)2)к Нof(СаОк) Нof(Н2Ож) = = 986,2 ( 635,1) (285,84) = 65,26 кДж

Таким образом, при гашении водой 1 моль извести выделяется 65,26 кДж, при гашении 1 кмоль извести 65260 кДж. М(СаО) = 56 г/моль = 56 кг/кмоль;

m(СаО) = 100 кг; n(СаО) = m(Cao) / M(CaO).

При гашении водой 100 кг извести выделяется

100 . 65260 = 116536 кДж.

56

3. Вычислить теплоту гидратации безводной соли Na2SO4.

Решение.

Гидратация солей протекает медленно и обычно приводит к смеси кристаллогидратов. Теплоту гидратации можно вычислить, если известны теплоты растворения безводной соли и кристаллогидрата:

Na2SO4(тв) + aq = Na2SO4.aq + 3,02 кДж

45