Историки об Елизавете Петровне: Елизавета попала между двумя встречными культурными течениями, воспитывалась среди новых европейских веяний и преданий...
Биохимия спиртового брожения: Основу технологии получения пива составляет спиртовое брожение, - при котором сахар превращается...
Топ:
Выпускная квалификационная работа: Основная часть ВКР, как правило, состоит из двух-трех глав, каждая из которых, в свою очередь...
История развития методов оптимизации: теорема Куна-Таккера, метод Лагранжа, роль выпуклости в оптимизации...
Определение места расположения распределительного центра: Фирма реализует продукцию на рынках сбыта и имеет постоянных поставщиков в разных регионах. Увеличение объема продаж...
Интересное:
Отражение на счетах бухгалтерского учета процесса приобретения: Процесс заготовления представляет систему экономических событий, включающих приобретение организацией у поставщиков сырья...
Аура как энергетическое поле: многослойную ауру человека можно представить себе подобным...
Уполаживание и террасирование склонов: Если глубина оврага более 5 м необходимо устройство берм. Варианты использования оврагов для градостроительных целей...
Дисциплины:
2017-12-12 | 1170 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
Экспериментально энтальпии химических реакций определяют по изменению в ходе реакции температуры реакционной смеси при соблюдении определённых условий, ограничивающих энергетический обмен с окружающей средой. Обычно для этой цели используют специальные приборы – калориметры.
Вариант 1.
Калориметр представляет собой сосуд, снабженный теплоизолирующей оболочкой для уменьшения теплообмена с окружающей средой.
В экзотермической реакции нейтрализации сильной кислоты сильным основанием энтальпия (выделившееся тепло) равна
Δ Н = n∙ Δ Н 0, кДж, (1)
где n – количество вещества (протонов), участвующих в реакции, кДж/моль
Это тепло расходуется на нагревание реакционной смеси и сосуда:
Q = К∙ Dt. (2)
∆ t = t кон.– t нач. – повышение температуры системы, оС.
Коэффициент пропорциональности К в (2) равен суммарной теплоемкости сосуда и раствора и носит название тепловой постоянной калориметра. Ее можно определить, например, по химической реакции с известным значением DHили, измеряя повышение температуры раствора, вызванное пропусканием тока (J) в течение определенного времени Dt через нагреватель с известным сопротивлением R, который опущен в калориметр с раствором.
J2·R·Dt = K·Dt.
Объединив формулы (1) и (2) nDH0 = – K Dt, можно рассчитать стандартную энтальпию реакции DH0
Чтобы устранить искажение истинной величины Dtв результате частичных потерь тепла в окружающую среду, используют графический метод ее определения. С этой целью записывают изменение температуры в зависимости от времени до начала химического процесса (предварительный период), во время его течения (главный период) и после его окончания (заключительный период). Характерная кривая приведена на рис. 3.3.
|
Момент окончания химического процесса tс определяют по установлению плавного монотонного хода кривой t(t). Находят середину главного периода tЕ, восстанавливают из точки tЕ перпендикуляр и экстраполируют кривые АВ и СD до пересечения с этим перпендикуляром в точках М и N. Истинное изменение температуры равно отрезку МN.
Рис. 3.3. Изменение температуры в зависимости от времени для экзотермического процесса.
Опыты следует проводить вдвоем: один ведет отсчет времени и запись температуры, второй следит за температурой и заливает кислоту.
а) Отмерьте в один цилиндр 110 мл 1н раствора КОН, во второй – 100 мл 1 н раствора сильной кислоты (НCl или Н2SO4).
Опустите в калориметр магнит, залейте в него 110 мл щелочи, закройте крышку и поставьте его на магнитную мешалку. Внимательно следите за процессом перемешивания!
Включив мешалку, (внимательно следите за процессом перемешивания!), в течение 2 – 3 мин. через каждые 10 секунд (время записывать не нужно) записывайте температуру раствора в предварительном периоде) с точностью 0,05oC.
Через 2 – 3 мин. в момент очередного отсчета начните аккуратно и медленно по стеклянной палочке вливать в калориметр через воронку кислоту. С начала и до конца вливания (главный период), показания термометра записывайте уже через 5 сек. Для построения графика таких замеров д. б. ≈ 10.
В заключительном периоде продолжайте вести запись температурного хода через каждые 20 сек., в течение 3 – 5 мин.
б) На миллиметровой бумаге постройте график t (t), определите Dtграфически и рассчитайте теплоту нейтрализа ции по формуле:
V – ее объем в л;
K–постоянная калориметра.
Значение постоянной калориметра для объема раствора 210 мл приведено на нем.
в) По указанию преподавателя проведите опыт с другой кислотой – сильной или слабой. Перед проведением второго опыта промойте калориметр, залейте в него воду комнатной температуры и дайте постоять, включив мешалку не менее чем на 10 минут для уравнивания температуры калориметра и воды.
|
Убедитесь, что теплота нейтрализации разбавленных растворов сильной кислоты сильным основанием мало зависит от вида кислоты, так как при этом всегда осуществляется реакция:
Н+ + ОН– = Н2О, ΔΗ0 = – 55,9 кДж · моль–1
тогда как тепловой эффект нейтрализации слабой кислоты сильным основанием будет меньше, поскольку часть выделившейся энергии образования воды из ионов тратится на диссоциацию кислоты:
СН3СООН + ОН– = СН3СОО– + Н2О.
г) Рассчитайте ΔΗ0 и ΔG0 реакции нейтрализации сильной кислоты сильным основанием, пользуясь значениями термодинамических функций.
Н+(р) + ОН–(р) = Н2О (ж)
S0, Дж · моль–1 · К–1 0 –10,8 70
ΔΗ0, кДж · моль–1 0 –230,2 –286,0
Значение ΔΗ0 сравните с экспериментальным.
д) Из уравнения ΔG0 = –RT ln KP, принимая [Н2О] = 1, рассчитайте [Н+] · [ОН–] = Кв (ионное произведение воды).
Вариант 2.
Выделившееся в результате реакции тепло
Δ Н = n Δ Н 0, кДж (1)
расходуется на нагревание реакционной смеси и сосуда и может быть вычислено по формуле:
Q = (c p(р-ра) · m р-ра + c p(ст) m ст..) ∆t, Дж, (2)
где n – количество вещества (протонов), участвующих в реакции нейтрализации, кДж/моль
c p – удельные теплоёмкости раствора и сосуда, Дж/г·град.,
m –массы раствора и сосуда, г,
∆ t = t кон.– t нач. – повышение температуры системы, оС
Объединив формулы (1) и (2), можно рассчитать стандартную энтальпию реакции:
Δ Н 0 = – , Дж/моль (3)
При определении стандартной энтальпии реакции нейтрализации в качестве калориметра используется полипропиленовый стакан с относительно малой массой.
Низкая теплопроводность материала стакана препятствует прогреванию всего стакана за весьма короткое время эксперимента, задерживая тепло во внутреннем очень тонком слое. Поэтому в формулах (1) и (2) слагаемым(c p(ст.) ∙m cт.) можно пренебречь. Ошибка не превысит 1%.
Δ Н 0 = - , Дж/моль
Процессу нейтрализации в общем случае могут сопутствовать процессы диссоциации (эндотермический, слабые кислоты) и гидратации (экзотермический, сильные кислоты), искажающие результат эксперимента. Их необходимо учитывать, внося поправки в эксперимент.
Для получения удовлетворительных результатов большое значение имеет также достоверность вставляемой в формулу величины удельной теплоёмкости раствора. Она зависит от природы и концентрации веществ, составляющих раствор. Обычно рекомендуется принимать удельную теплоёмкость раствора приближенно равной теплоёмкости воды, т.е. 4.183 Дж/г·град.
|
Для серной кислоты и гидроксида калия, например, это допущение приводит к завышению результатов примерно на 15−20 %. В этом случае следует пользоваться табличными данными зависимости ср(W), (табл.3.3 и 3.3) или определять удельную теплоёмкость раствора экспериментально.
Таблица 3.2
Теплоёмкость c p, [Дж/г∙град.] водных растворов
NaCl и КCl при 20 оС
W р-ра, % | Ср | W р-ра, % | Ср |
4,18 | 3,90 | ||
4,14 | 3,87 | ||
4,10 | 3,84 | ||
4,07 | 3,79 | ||
4,03 | 3,75 | ||
3,99 | 3,70 | ||
3,96 | 3,52 | ||
3,93 |
Таблица 3.3
Теплоёмкость с p, [Дж/г∙град.] водных растворов
Na2SO4 и К2SO4 при 20 оС
W р-ра, % | Ср | W р-ра, % | Ср |
4,18 | 3,63 | ||
1,5 | 3,81 | 7,0 | 3,60 |
3,71 | 7,5 | 3,58 | |
3,5 | 3,69 | 8,0 | 3,56 |
4,0 | 3,67 | 8,5 | 3,55 |
4,5 | 3,66 | 9.0 | 3,54 |
5,0 | 3,65 | 10,0 | 3,52 |
5,5 | 3,64 | 10,5 | 3,50 |
Оборудование: штатив химический, мерный цилиндр на 100 мл, мерный полипропиленовый стакан на 100 мл, бюретка на 25 мл, магнитная мешалка, термометр (0 − 100 оС).
Реактивы:
Вода дистиллированная; 4 н кислота (серная или соляная)[3]; 1 н щёлочь (КОН, NaOH)
Ход работы
1. Бюретку заполните раствором 4 н сильной кислоты. Установите мениск на нулевом делении.
2. В мерный стакан опустите магнитик и налейте цилиндром 80 мл щёлочи.
3. Стакан поставьте на магнитную мешалку. Носик бюретки подведите к стакану.
4. Термометр опустите в стакан. Включите перемешивание. Запишите начальную температуру раствора.
5. Прилейте из бюретки 15 мл кислоты. После перемешивания запишите температуру раствора.
6. Определите повышение температуры раствора, ∆ t.
7. Проведите холостой опыт. Для этого повторите эксперимент (пункты 1, 3−6), налив в мерный стакан 80 мл дистиллированной воды (вместо щёлочи, п. 2).
8. Определите повышение температуры раствора за счёт процесса гидратации при разбавлении кислоты, ∆ t гидр.
9. Определите повышение температуры раствора за счёт процесса нейтрализации, ∆ t нейтр. = ∆ t - ∆ t гидр.
|
10. Рассчитайте стандартную энтальпию реакции.
Исходные данные и формулы:
Объем КОН 80 мл
Объём кислоты, V к-ты 15 мл
Концентрация кислоты, С Н+ (точно) 4,…моль/л
Плотность исследуемого раствора, ρ 1,03 г/мл
Удельная теплоёмкость, с р, Дж/г∙град
(находится по таблицам (2) и (3) в зависимости от природы и концентрации реагентов.[4])
Δ Н 0 = - ; ∆ t нейтр. = ∆ t - ∆ t гидр; V p-pa = 80 + V к-ты; m p-pa= ρ ·V p-pa; n H+ = С Н+∙ V к-ты
11. Сравните полученный экспериментальный результат стандартной энтальпии реакции нейтрализации сильной кислоты сильным основанием с табличным
Контрольные вопросы
1. Почему в данной работе необходимо проведение холостого опыта?
2. Какую термодинамическую функцию можно рассчитать, исходя из ∆ t гидр.?
3. Чем обусловлены отклонения полученного значения энтальпии реакции нейтрализации от истинного?
4. Какие изменения нужно внести в методику проведения эксперимента, чтобы повысить точность полученных результатов?
5. Рассчитайте ΔΗ0 реакции нейтрализации сильной кислоты сильным основанием, пользуясь значениями термо-динамических функций.
|
|
Архитектура электронного правительства: Единая архитектура – это методологический подход при создании системы управления государства, который строится...
Наброски и зарисовки растений, плодов, цветов: Освоить конструктивное построение структуры дерева через зарисовки отдельных деревьев, группы деревьев...
История развития пистолетов-пулеметов: Предпосылкой для возникновения пистолетов-пулеметов послужила давняя тенденция тяготения винтовок...
Эмиссия газов от очистных сооружений канализации: В последние годы внимание мирового сообщества сосредоточено на экологических проблемах...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!