Цель работы: определение тепловых эффектов реакции нейтрализации и растворения неорганических соединений.
Приборы: химический стакан (объемом 100 мл), калориметры – лабораторный и автоматизированного комплекса УЛК «Термостат», термометр (с ценой делений 0,1 ºС), бюкс с крышкой, мерный цилиндр, весы.
Реактивы: 0,5 М раствор соляной кислоты, 0,5 М раствор гидроксида натрия, безводный сульфат меди СuSO4, дистиллированная вода.
Экспериментальная часть
Опыт 1.Определение теплового эффекта реакции нейтрализации
Взвесьте на весах химический стакан. Отмерьте цилиндром 50 мл 0,5 М раствора соляной кислоты и перелейте в стакан, который поместите в изолированную емкость (лабораторный калориметр). Закройте плотно крышкой с отверстием, в которое опустите термометр. Замерьте температуру раствора соляной кислоты. Отмерьте цилиндром 50 мл 0,5 М раствора гидроксида натрия, вылейте в раствор соляной кислоты. Быстро перемешайте и отметьте температуру с точностью до 0,1 ºС. Внимание! Аккуратно работать с термометром.
РАСЧЕТ
1. Рассчитайте, сколько теплоты (∆Н) выделяется при нейтрализации 50 мл НСl: ∆Н = (mж. ·• Сж. + mст. • Cст.) •∆T, (Дж),
где mж. и m ст. – масса жидкости в стакане и масса самого стакана;
Сст. и Сж – удельные теплоемкости стекла и жидкости,
удельная теплоемкость жидкости Сж. = СН2О= 4,18•103 Дж/(кг•К),
удельная теплоемкость стекла С ст= 0,75•103 Дж/(кг•К),
Vр-ра= VHCl+VNaOH, mр-ра= V•ρ (принять ρ =1 г/мл).
2. Вычислите массу соляной кислоты в растворе: mHCl= THCl • VHCl,
где THCl - титр соляной кислоты.
3. Рассчитайте количество выделившейся теплоты (∆Ноп.) в результате реакции нейтрализации используя пропорцию:
mHCl (г) – ∆Н (кДж)
МHCl (г/моль) – ∆Ноп. , где МHCl – молярная масса НСl
∆Ноп • МHCl
∆Ноп = ¾¾¾¾¾¾,
mHCl
4. Зная, что ∆Нт реакции нейтрализации равно (-54,8 кДж/моль) определите погрешности (ошибки) опыта:
Dабс
абсолютную Dабс. = ½∆Нт-∆Ноп ½ и относительную e = ¾¾ •100 %.
∆Нт.
Полученные результаты измерений и расчетов занесите в таблицу 5.1.
Таблица 5.1
Исходные данные и результаты измерений опыта 1
| VHCl, мл ТHCl, г/мл | VNaOH, мл | mст., г | Т1, К до реакции | Т2, К после реакции | ∆Т, К | ∆Ноп. (опытное) | ∆Нт. (теоретич.) |
Сделайте соответствующие выводы с указанием ошибок опыта и обоснованием их получения.
Опыт 2. Определение теплового эффекта реакции нейтрализации с использованием калориметра автоматизированного комплекса УЛК «Термостат»
Порядок работы УЛК «ТЕРМОСТАТ» приведен в приложении 6.
Взвесьте на весах стакан калориметра с мешалкой. Отмерьте цилиндром 40 мл 0,5 М раствора соляной кислоты и перелейте в стакан калориметра. Взвесьте стакан с раствором. Поместите стакан с раствором кислоты в калориметр. Закройте калориметр крышкой с термодатчиком. Взвесьте шприц. Наберите в шприц 10 мл 2,0 М раствора гидроксида натрия. Взвесьте шприц с раствором и поместите его в отверстие крышки калориметра. Дождавшись выравнивая температуры в калориметре (ориентировочно 2 минуты), аккуратно выдавите содержание шприца в объем кислоты. Фиксируйте показания термодатчика по контроллеру или компьютеру. После окончания процесса определите изменение температуры процесса нейтрализации по данным котроллера или из графических данных программного обеспечения. Проведите расчеты в соответствии с предыдущим опытом. Полученные результаты измерений и расчетов занесите в таблицу 5.2.
Таблица 5.2
Исходные данные и результаты измерений опыта 2
| VHCl, мл ТHCl, г/мл | VNaOH, 2,0 М, л | mст., г | Т1, К до реакции | Т2, К после реакции | ∆Т, К | ∆Ноп. (опытное) | ∆Нт. (теоретич.) |
Сделайте соответствующие выводы.
Опыт 3. Определение теплового эффекта процесса растворения неорганических соединений.
Взвесьте на весах бюкс с крышкой. Затем поместите навеску (2-4 г) безводной соли СuSO4 в бюкс, накройте его крышкой и снова производите взвешивание. Быстро переносите навеску в изолированный калориметрический стакан. Отмерьте цилиндром 50 мл дистиллированной воды, часть которой перелейте в стакан, а оставшейся водой тщательно обмойте бюкс и остатки слейте в калориметрический стакан. Быстро помешивая, замерьте максимальную температуру раствора с точностью до 0,1º С.
РАСЧЕТ
1. Вычислите количество выделившейся теплоты (∆Н) при растворении взятой навески СuSO4: ∆Н= (mж. • Cж. + mст. •Cст) ∆T,
где mж. и mст. – масса жидкости в стакане и масса самого стакана;
Cж. и Cст. – удельные теплоемкости стекла и жидкости (см. оп. 1).
2. Рассчитайте количество выделившейся теплоты (∆Ноп) при растворения 1 моля СuSO4: mСuSO4 – ∆Н (кДж)
МСuSO4 – ∆Ноп., где МСuSO4 – молярная масса СuSO4 (г/моль).
3. Определите ошибку опыта, зная, что гидратация безводной соли и растворение пятиводной соли (кристаллогидрата) выражается уравнениями:
СuSO4+5H2O= CuSO4•5H2O –74.4 кДж;
CuSO4•5H2O+ aq= СuSO4 •aq+11.00 кДж.
Следовательно, DНт (CuSO4 · 5H2O) = - 63,4 кДж
Dабс.
Абсолютная ошибка: Dабс. = ½∆Нт–∆Ноп ½, относительная ошибка: e = ¾¾ •100 %.
∆Нт.
Полученные результаты измерений и расчетов занесите в таблицу 5.3.
Таблица 5.3