Как найти теплоту нейтрализации

Цель работы.
Научиться
пользоваться техническими весами и
работе с лабораторными термометрами.
Определить теплоту нейтрализации
сильной кислоты сильным основанием.

Приборы и реактивы.
Химический
стакан. Мерные цилиндры. Термометр.
Растворы: 0,1 М HCl;
0,1 М NaOH.

Порядок выполнения
работы

1. На технических
весах взвесить и определить массу
химического стакана.

2. Отмерить мерным
цилиндром 25 мл 0,1 М раствора NaOH
и перелить в химический стакан. Измерить
температуру раствора щелочи с точностью
до 0,1 ^оС.

3. Отмерить мерным
цилиндром 25 мл 0,1 М раствора HCl.
Быстро влить кислоту в химический стакан
со щелочью, перемешать содержимое
стеклянной палочкой или на магнитной
мешалке и отметить максимальную
температуру, которую покажет термометр
после объединения растворов.

4. Определение
повторить два раза и взять для дальнейших
расчетов средний результат.

5. По результатам
опыта заполнить таблицу.

6. Записать уравнение
реакции нейтрализации в молекулярном
и ионном виде между реагирующими
веществами и рассчитать
,
пользуясь следствием из закона Гесса.

,

зная, что
;^{кДж/моль;
кДж/моль.}

7. По полученным
данным определить:

1) разницу температур:
∆t
= t_к
– t_н,
K;

2) массу жидкости
в калориметрическом стакане: m
= ρ∙V,
если

ρ_р–ра
= 1,0 г/мл;

3) теплоемкость
системы (∑С):

∑С
= С₁m₁
+ C₂m₂;
[Дж/K],

где m₁
и m₂
– массы калориметрического стакана и
жидкости в стакане, кг;

С₁
и С₂
– удельные теплоемкости стекла и
жидкости.

С_стекла
= 0,75∙10³
Дж/кг∙K;
С_{жидкости}
= 4,18∙10³
Дж/кг∙K;

4) количество
теплоты Q,
выделившейся при реакции

Q
= ∑C∙∆t;
[Дж];

5) число молей воды,
учитывая, что из 1 моля щелочи получается
1 моль воды, а С_NaOH
= С_HCl
= 0,1 моль/л

моль;

6) практическое
изменение энтальпии реакции нейтрализации,
кДж/моль

;

7) ошибку опыта α,
% по формуле

α =
∙100,
%;

изменение энтропии
реакции нейтрализации,
,
для чего воспользуемся следствием из
закона Гесса и табличными значениями

;

;
Дж/моль∙K;
Дж/моль∙K;

9) изменение энергии
Гиббса ∆G_х.р.
реакции нейтрализации по формуле

S,

где Т
– начальная температура, K.

8. Сделать вывод о
соответствии величины и знака ∆G_х.р.
самопроизвольному течению проделанной
Вами реакции нейтрализации.

3.2. Лабораторная работа № 3 «Тепловые эффекты реакций растворения»

Цель работы.
Экспериментально
определить тепловые эффекты реакций
растворения веществ. Составить
термохимические уравнения.

Приборы и реактивы.
Технические
весы. Термометр. Химические стаканы.
Мерные цилиндры. Конические колбы.
Стеклянные палочки.Медный
купорос (CuSO₄).
Цинковая пыль (Zn).
Хлорид натрия (NaCl).
Нитрат аммония (NH₄NO₃).
Гидроксид натрия (NaOH).
Вода дистиллированная.

Порядок выполнения
работы

Опыт 1. Определение
теплового эффекта реакции замещения
меди из раствора ее соли цинком.

1. Взвесить на
технических весах 5 г медного купороса
и растворить в 50 мл воды. Замерить и
записать температуру полученного
раствора (Т_н).

2. Взвесить 1 г
цинковой пыли и всыпать ее в раствор
сульфата меди.

3. При помощи
термометра определить максимальную
температуру раствора (Т_к).
Количество выделившегося при реакции
тепла рассчитать по формуле:

,

где ∆T
– изменение температуры раствора (∆T
= T_к
– T_н),
K;

C
– удельная теплоемкость, C_воды
= 4,18 кДж/кг∙K;

m
– масса веществ, кг.

4. Полученный
результат пересчитать на 1 моль цинка
и записать термохимическое уравнение
данной реакции.

Опыт 2. Тепловые
явления при растворении твердых веществ.

1. Налить в три
стакана или колбы по 25 мл воды. Измерить
температуру воды (Т_н).

2. Взвесить на
технических весах по 5 г хлорида натрия,
нитрата аммония и гидроксида натрия.

3. Всыпать: в первый
стакан хлорид натрия, во второй – нитрат
аммония, в третий – гидроксид натрия
(осторожно).

4. Навески веществ
размешать в воде до полного растворения
и измерить температуры полученных
растворов (Т_к).

5. По полученным
данным рассчитать количество выделившейся
или поглощенной при реакции теплоты по
формуле:

,

где ∆T
– изменение температуры раствора, K
(∆T
= Т_к
– Т_н);

m₁
– масса
воды, кг;

m₂
– масса кристаллического вещества, кг;

C
– теплоемкость воды, C
= 4,18 кДж/кг∙K.

6. Полученный
результат пересчитать на 1 моль
кристаллического вещества, раствор
которого готовили, и записать
термохимическое уравнение данного
процесса.

7. По полученным
данным заполнить таблицу.

* Указать, является
ли данный процесс растворения
термохимическим, если да, то эндотермическим
или экзотермическим.

8. По работе сделать
вывод.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Определение теплового эффекта химической реакции нейтрализации

Направление – химия, физика

Выполнили: ученики 9 а класса МБОУ «Гимназия № 5» г. Брянска Агейченкова Диана, Козлова Елизавета, Игнатичев Иван

Руководители: учитель химии МБОУ «Гимназия №5» Жирешонкова Л. В., доцент кафедры агрохимии, почвоведения и экологии БГАУ Мартынова Е. В.

Брянск 2018

Содержание

Введение………………………………………….. ……………….………3

Методика и результаты исследования…………… ……………..…….5

Выводы……………………………………………………………………..10

Заключение……………………………………………………………..….11

Список использованных источников……………………………..……12

Приложение…………………………………………………….………….12

Введение

Химическая термодинамика – раздел химии, изучающий энергетические эффекты химических реакций. Термохимия – раздел термодинамики, который изучает тепловые явления, сопровождающие химические реакции. Изучение этих явлений имеет большое значение для термодинамических и технологических расчётов. Тепловым эффектом реакции называется количество теплоты, выделяющееся или поглощающееся при необратимом протекании реакции, если продукты реакции и исходные вещества имеют одинаковую температуру.

По знаку теплового эффекта все реакции делятся на экзотермические и эндотермические. Экзотермические – реакции, протекающие с выделением тепла из системы в окружающую среду. Эндотермические – реакции, протекающие с поглощением тепла из окружающей среды.

Тепловой эффект реакции, измеренный при постоянных температуре и давлении, называется теплотой реакции Qр, а величина, описывающая изменение состояния системы и противоположная по знаку – энтальпией реакции ∆H. Энтальпии образования известны для нескольких тысяч веществ. Это позволяет расчётным путём установить энергетические эффекты разных процессов. Для измерения теплоты в системе СИ установлена единица джоуль [2, 7].

Для описания тепловых явлений в химических реакциях используют термохимические уравнения. Термохимические уравнения – химические уравнения с указанием теплового эффекта реакций.

Цель работы: определение теплового эффекта реакции нейтрализации сильной кислоты сильным основанием калориметрическим методом.

Задачи работы:

изучить и проанализировать литературу по проблеме исследования;

освоить калориметрический метод определения тепловых эффектов химических реакций;

провести исследования по определению тепловых эффектов реакции нейтрализации;

описать этапы работы и сделать выводы.

Методы исследования: изучение литературы, химический и физико-химический эксперимент, обработка результатов, наблюдение.

Объект исследования – взаимодействие сильной кислоты с сильным основанием.

Предмет исследования – тепловой эффект реакции нейтрализации.

Практическая значимость заключается в способности использования основных законов естественнонаучных дисциплин в практической деятельности, применения методов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования. Результаты нашей работы могут быть использованы на уроках химии и физики.

Мы изучили литературу (учебники Глинка Н.Л., Коровин Н.В. Общая химия, Мануйлов А.В., Родионов В.И. Основы химии, Смолова Л. М. Руководство к практическим занятиям по общей химии и другие) по темам «Тепловые эффекты химических реакций», «Определение теплоты реакций», «Энтальпия», «Термохимические уравнения».

Методика и результаты исследований.

Исследование проходило на базе Брянского государственного аграрного университета.

Реактивы, посуда и оборудование: модуль «Термостат», универсальный контроллер, мерные цилиндры, стаканы, растворы 0,15 моль/л NаOH, KOH 5 моль/л HCl, HNO3, H2SO4, дистиллированная вода. (Приложение 1)

Для определения теплоты нейтрализации мы использовали 0,15 м растворы NaOH, KOH. В стакан налили 100 мл щелочи и установили его в калориметр. Проводим нейтрализацию 5-ти молярные раствор соляной, серной и азотной кислот объёмом 3 мл из пипетки. В течение 4 минут фиксируем температуру «предварительного периода».

Определяем теплоту нейтрализации и разведения q1, приливая к большому объёму щелочи небольшой объём кислоты.

Определяем теплоту разведения кислоты q2, вливая раствор кислоты в воду. Объёмы кислоты и щелочи взяты в таких же объёмах, как при нейтрализации [6, 8].

Полученные данные заносим в таблицу.

Опыт №1

NаOH + HCl → NaCl + Н2О

Н++ОН—→ Н2О

Таблица 1

Опыт (щелочь и кислота) ∆t1 = t8 – t4 = 1,61

Контроль (вода и кислота) ∆t2 = t8 – t4 = 0,27

Теплоту нейтрализации определяют по формуле

q = (m1c1+m2c2+K) ∆t1 – (m2c2+m3c3+K) ∆t2

где m1, c1 – масса и теплоемкость щелочи;

m2, c2 – масса и теплоемкость кислоты;

m3, c3 – масса и теплоемкость воды;

∆t1, ∆t2 – разность температур при нейтрализации и разведении соответственно.

Полученный тепловой эффект (Дж) пересчитывают на 1 моль кислоты

Q = g 1000/V C

где V – объём кислоты, см3, с – концентрация кислоты, моль/л;

с (NаOH) = 0,15м, р (NаOH) = 1,005 г/см3

с (KOH) = 0,15м, р (KOH) = 1,001 г/см3

с (HCl) = 5м, р (HCl) = 1,082 г/см3

с (HNO3) = 5м, р (HNO3) = 1,16 г/см3

с (H2SO4) = 5м, р (H2SO4) = 1,137 г/см3

V щёлочи = 100 мл, V кислоты = 3 мл.

Расчёты – Приложение 2

Опыт №2

NаOH + HNO3 → NaNO3 + Н2О

Н++ОН—→ Н2О

Таблица 2

Опыт (щелочь и кислота) ∆t1 = t8 – t4 = 1,652

Контроль (вода и кислота) ∆t2 = t8 – t4 = 0,181

Опыт №3

2NаOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2Н2О

Н++ОН—→ Н2О

Таблица 3

Опыт (щелочь и кислота) ∆t1 = t8 – t4 = 1,717

Контроль (вода и кислота) ∆t2 = t8 – t4 = 0,276

Опыт №4

KOH + HCl → KCl + Н2О

Н++ОН—→ Н2О

Таблица 4

Опыт (щелочь и кислота) ∆t1 = t8 – t4 = 1,391

Контроль (вода и кислота) ∆t2 = t8 – t4 = 0,201

Опыт №5

KOH + HNO3 → KNO3 + Н2О

Н++ОН—→ Н2О

Таблица 5

Опыт (щелочь и кислота) ∆t1 = t8 –t4 = 1,334

Контроль (вода и кислота) ∆t2 = t8 – t4 = 0,122

Опыт №6

2KOH + H2SO4 → K2SO4 + 2Н2О

Н++ОН—→ Н2О

Таблица 6

Опыт (щелочь и кислота) ∆t1 = t8 – t4 = 1,474

Контроль (вода и кислота) ∆t2 = t8 – t4 = 0,238

Выводы

Мы изучили калориметрический метод определения теплового эффекта реакции нейтрализации сильной кислоты сильным основанием.

Мы определили тепловой эффект реакции, он приблизительно составил 55,9 кДж/моль (при температуре 298 К), что соответствует справочным данным. Проведенные опыты показали, что при взаимодействии одинаковых количеств (1 моль) сильной кислоты с сильным основанием в водных растворах выделяется примерно одинаковое количество теплоты. Теплота реакции нейтрализации постоянна, так как при взаимодействии сильных кислот и оснований, которые полностью диссоциируют в водных растворах, протекает реакция: Н++ОН—→ Н2О (ж) [9].

Мы рассчитали относительную ошибку опыта по формуле

П = Qтеор. – Qэксп./ Qтеор..100%.

Результаты были занесены в таблицу.

Заключение

В ходе выполнения данной работы были проанализированы различные учебники по теории и практическим занятиям по химии.

Во время выполнения работы были получены или улучшены следующие практические и исследовательские навыки: умение формулировать цели и задачи, выбирать методики и работать в соответствии с ними, подбирать соответствующие реактивы, собирать приборы, определять тепловой эффект реакции калориметрическим методом, наблюдать и фиксировать происходящее, оформлять результаты. Мы поняли, что в научных исследованиях тесно связаны все естественнонаучные дисциплины.

В ходе эксперимента были применены знания, полученные при изучении химии, математики, физики, информатики, мы определяли тепловой эффект калориметрическим методом, проводили математическую обработку результатов анализа, представляли данные в графическом виде.

Поставленная цель была достигнута, а задачи выполнены. Результаты работы считаем успешными.

В дальнейшем планируется продолжить изучение общих закономерностей химических процессов в разделе «Химическая кинетика. Скорость химических реакций. Химическое равновесие».

Список использованных источников

Глинка Н.Л. Общая химия. − Москва. Химия, 2003. − 728 с.

Под редакцией д.х.н., профессора С.Ф. Дунаева. Практическое пособие по общей и неорганической химии. – Москва. МГУ. 2002.

Коровин Н.В. Общая химия. − Москва. Высшая школа, 1998. − 557 с.

Мануйлов А.В., Родионов В.И. Основы химии. Новосибирский государственный университет. – Москва. Издательство «Центрополиграф», 2016. – 416 с.

Савельев Г.Г., Смолова Л.М. Общая химия. – Томск. Издательство Томского политехнического университета, 2005. − 206 с.

Смолова Л. М. Руководство к практическим занятиям по общей химии: учебное пособие. –Томск. Издательство Томского политехнического университета, 2010. – 152 с.

http://www.chem.msu.su/rus/teaching/general/praktika/part2.html

https://studfiles.net/preview/1770798/page:21/

http://chem-bsu.narod.ru/umk_chem_webCD/lwork/lr3.htm

Приложение 1. Реактивы, посуда и оборудование.

[6].

схема калориметра.

модуль «Термостат»

Приложение 2. Расчёты.

Приложение 3. Фотоотчёт.

Реакции нейтрализации происходят, когда вы объединяете два чрезвычайно реактивных вещества вместе с целью сделать их неактивными или нейтральными. Например, объединение кислоты и основания приводит к образованию воды. Реакции нейтрализации выделяют энергию, которая называется теплом нейтрализации. Молярное тепло нейтрализации — это количество тепла, которое каждый моль основания, добавленного к кислоте (или наоборот), вызывает реакцию. (Моль — это единица, которую химики используют для представления большого количества молекул.) Как только вы определили изменение температуры, все остальное просто.

1. Взвесьте кислоту

Взвесьте свою кислоту на электронном балансе. Поставьте пустой стакан на весы и нажмите кнопку «Тара», чтобы уменьшить вес стакана, затем налейте свою кислоту в стакан и поместите ее на весы. Запишите массу вашей кислоты.

2. Найти изменение температуры

Рассчитайте изменение температуры, которое происходит во время реакции, используя калориметр, оборудование, которое измеряет температуру и удерживает реагент. Добавьте свою базу в калориметр и поместите кислоту (в стакан) под рот калориметра. Вставьте термометр калориметра в кислоту и прочитайте начальную температуру. Добавьте количество основания, которое ваша реакция указывает на вашу кислоту, затем прочитайте свой калориметр, чтобы определить изменение температуры.

3. Рассчитать теплоту нейтрализации

Рассчитайте теплоту нейтрализации, используя формулу Q = mcΔT, где «Q» — теплота нейтрализации, «m» — масса вашей кислоты, «c» — удельная теплоемкость водных растворов, 4, 1814 Дж (грамм х °). C), а «ΔT» — это изменение температуры, которое вы измерили с помощью своего калориметра. Например, если вы начнете с 34, 5 г соляной кислоты при 26 ° C и ее температура увеличится до 29, 1 ° C при добавлении к ней гидроксида натрия, рассчитайте теплоту нейтрализации следующим образом: Q = mcΔT = (34, 5 г x 4, 1814 Дж) ÷ ((gx ° C) x 3, 1 ° C) = 447, 48 Дж.

4. Определить молярную теплоту нейтрализации

Рассчитайте количество молей основания, которое вы добавляете, чтобы определить молярную теплоту нейтрализации, выраженную с помощью уравнения ΔH = Q ÷ n, где «n» — количество молей. Например, предположим, что вы добавили 25 мл 1, 0 М NaOH к HCl для получения теплоты нейтрализации 447, 78 Дж. (Имейте в виду, что 1, 0 М означает один моль на литр.) Поскольку вы добавили 25 мл (25/1000 или 0, 025 л) NaOH, определите моли следующим образом: 1, 0 моль / л х 0, 025 л = 0, 025 моль. В этом примере ваша молярная теплота нейтрализации, ΔH, составляет 447, 48 Дж на 0, 025 моль добавленного NaOH — 447, 48 / 0, 025 или 17 900 Дж на моль.

подсказки

• Если ваши указания указывают как таковой, добавьте кислоту к основанию, а не основание к кислоте. Взвесьте основание и рассчитайте количество молей кислоты, которую вы добавляете в него.

  Переведите молярную теплоту нейтрализации в килоджоули для более управляемого значения, разделив его на 1000. Имейте в виду, что 1 кДж = 1000 Дж. Для приведенного выше примера ΔH, выраженная с использованием кДж, составляет 17, 9 кДж / моль.

Реакции нейтрализации происходят, когда вы объединяете два чрезвычайно реактивных вещества вместе с целью сделать их неактивными или нейтральными. Например, объединение кислоты и основания вместе дает воду. Реакции нейтрализации выделяют энергию, известную как теплота нейтрализации. Молярная теплота нейтрализации — это количество тепла, которое каждый моль основания, добавляемого к кислоте (или наоборот), вызывает протекание реакции. (Моль — это единица измерения, которую химики используют для обозначения большого количества молекул.) Как только вы определите изменение температуры, остальное будет просто.

Взвесьте кислоту на электронных весах. Поместите пустой стакан на весы и нажмите кнопку тарирования, чтобы уменьшить вес стакана, затем налейте кислоту в стакан и поместите его на весы. Запишите массу кислоты.

Рассчитайте теплоту нейтрализации, используя формулу Q = mcΔT, где «Q» — теплота нейтрализации, «m» — масса вашей кислоты, «c» — это удельная теплоемкость для водных растворов, 4,1814 Дж (граммы x ° C), а «ΔT» — это изменение температуры, которое вы измерили с помощью калориметр. Например, если вы начнете с 34,5 г соляной кислоты при 26 ° C, а ее температура повысится до 29,1 ° C при добавлении натрия гидроксида к нему, рассчитайте теплоту нейтрализации следующим образом: Q = mcΔT = (34,5 г x 4,1814 Дж) ÷ ((г x ° C) x 3,1 ° C) = 447,48 Джоули.

Рассчитайте количество молей основания, которое вы добавляете, чтобы определить молярную теплоту нейтрализации, выраженную с помощью уравнения ΔH = Q ÷ n, где «n» — количество молей. Например, предположим, что вы добавляете 25 мл 1,0 М NaOH к HCl, чтобы получить теплоту нейтрализации 447,78 Дж. (Имейте в виду, что 1,0 M означает один моль на литр.) Поскольку вы добавили 25 мл (25/1000, или 0,025 л) NaOH, определите моль следующим образом: 1,0 моль / л x 0,025 л = 0,025 моль. В этом примере ваша молярная теплота нейтрализации, ΔH, составляет 447,48 Дж на 0,025 моль добавленного NaOH — 447,48 / 0,025, или 17 900 Дж на моль.