Определение теплоты реакции окисления

 

Цель работы - определить опытным путём тепловой эффект реакции окисления щавелевой кислоты перманганатом калия и проверить степень полноты протекания реакции.

Теоретическая часть

Теплота химической реакции может быть непосредственно определена при проведении этой реакции в калориметре, если она протекает достаточно быстро и доходит до конца или до определенного равновесного состояния. В последнем случае после опыта необходимо определить степень превращения исходных веществ.

Термохимически все реакции обратимы. В растворах практически все реакции доходят до конца, если хотя бы один из продуктов выпадает в осадок или выделяется в виде газа. Примером такой реакции может служить окисление щавелевой кислоты перманганатом калия:

 

С₂О₄Н₂×2Н₂О_(тв)+0,4КМnО_4(р)+ 0,6Н₂SO_4(р) =

 

= 0,2К₂SO_4(р) + 0,4MnSO_4(р) + 2СО_2(г) + 3,6Н₂О_(р) + DQ.

 

Образующийся в результате реакции СО₂ растворяется в воде, что приводит к выделению дополнительной теплоты растворения. Однако при интенсивном перемешивании реакционной массы и низком парциальном давлении воздуха устанавливается равновесие раствора с газовой фазой, которое практически смещено вправо. Поэтому в пределах точности определений (1%) можно принять, что образующийся СО₂ будет находиться в газообразном состоянии.

 

Примечание: так как энтальпии растворенных веществ зависят от концентрации, то и тепловой эффект исследуемой реакции также будет завесить от концентрации реагентов. Для подтверждения этого положения необходимо провести два калориметрических опыта:

а) щавелевая кислота для реакции взята в избытке,

б) щавелевая кислота взята в недостатке.

В обоих калориметрических опытах следует брать одинаковое количество перманганата калия.

 

Порядок проведения работы

Опыт № 1

· Залить в стакан 68 мл воды, 50 мл 30%-ного раствора серной кислоты и 32 мл О,5 N раствора перманганата калия.

· Термометр Бекмана, опущенный в раствор, должен показывать 0,5-1 град. (см. разд.2.5).

· Раствор перелить в калориметр, закрыть его крышкой. Затем вставить термометр Бекмана, включить мешалку (рисунок 2). Замерять показания термометра через каждые 30 сек.

· После стабилизации системы в калориметр через засыпать 1,2 г щавелевой кислоты, не останавливая мешалки. Продолжить наблюдения за изменениями температуры, отмечая показания термометра через каждые 0,5 мин. Отсчет температуры вести до повторной стабилизации системы. Затем опыт прекратить.

 

Опыт № 2

Опыт повторяют в той же последовательности. Берутся те же количества воды, серной кислоты и перманганата калия, но навеска щавелевой кислоты будет 0,8 г.

По окончании опыта также определяется графически изменение температуры за время окисления.

Тепловой эффект окисления щавелевой кислоты перманганатом калия для обоих опытов рассчитывается по формуле

 

(11),

где D Т ₁ – изменение температуры калориметрической системы;

К - тепловое значение калориметра, количество теплоты, которое необходимо для нагревания калориметра с его содержимым на 1 ⁰С. Тепловое значение калориметра:

g - масса кислоты, г;

Dg - избыток кислоты по сравнению со стехиометрически необходимым: в опыте № 1 равен 0,4 г, в опыте № 2 равен 0;

Q _раств - теплота растворения щавелевой кислоты, Дж/моль (принимается равной 35329 Дж/моль).

Из сравнения полученных результатов по тепловым эффектам окисления сделать выводы о полноте протекания реакции.

Оформление работы см. в разд.2.7.

 

Контрольные вопросы

1. Что означает термин «тепловой эффект химической реакции»?

2. Что понимают под «стандартной теплотой образования» вещества?

3. Что понимают под «стандартной теплотой сгорания» вещества?

4. Сформулируйте закон Гесса и следствия из него.

5. Докажите, что закон Гесса является следствием первого закона термодинамики.

6. Вычислите энтальпию реакции окисления щавелевой кислоты перманганатом калия по закону Гесса через энтальпии образования реагентов и продуктов _. Используйте следующие данные:

а) Δ_fH перманганата и сульфата калия можно считать независящими от концентрации: ΔH_KMnO4= -769,65 кДж/моль и ΔH_K2SO4 = - 1408,96 кДж/моль;

б) Δ_fH_{C2H2O4(тв.)} = – 1426,33 кДж/моль, Δ_fH_H2O= – 285,85 кДж/моль;

в) энтальпии образования растворов H₂SO₄и MnSO₄ определите из значений интегральных энтальпий растворения;

г) углекислый газ, выделяющийся в результате реакции окисления, можно считать, находится в газообразном состоянии: Δ_fH_CO2(г) = –94,015 ккал/моль;

д) энтальпия растворения C₂H₂O₄∙2H₂O равна – 35,31 кДж/моль.

 

 

Лабораторная работа №4