Опыт 1. Определение энтальпии реакции нейтрализации сильной кислоты сильным основанием

Предлагается определить энтальпию реакции нейтрализации сильной кислоты сильным основанием экспериментальным путем и сравнить экспериментальное значение с теоретическим.

Реакция нейтрализации с участием любой сильной кислоты и любого сильного основания (щелочи) сводится к образованию 1 моля воды, что видно на примере реакции сильной хлороводородной кислоты HCl с сильным основанием гидроксидом натрия NaOH:

NaOH+HCl=NaCl+H₂O (молекулярная форма)

Na⁺+OH +H⁺+Cl =Na⁺+Cl +H₂O (полная ионная форма)

OH +H⁺=H₂О (сокращенная ионная форма)

и, следовательно, сопровождается выделением одного и того же количества теплоты. Рассчитано, что энтальпия реакции нейтрализации равна:

∆H^о _нейтр = - 13,6 ккал/моль (56,8 кДж/моль) (∆Hº_нейтр<0)

Последовательность проведения:

1) в сухой реакционный стакан калориметра налейте 25 мл 1н раствора щелочи (NaOH или KOH), отмеренных мерным цилиндром;

2) подождите в течение 2-3 мин. выравнивание температуры калориметра и окружающей среды, затем опустите в раствор термометр и, не касаясь дна стакана, измерьте температуру раствора, обозначив ее как t_нач.;

3) мерным цилиндром отмерьте 25 мл 1н раствора кислоты (соляной или азотной) и быстро вылейте через воронку в стакан (2) со щелочью;

4) растворы перемешайте мешалкой и с помощью термометра наблюдайте за повышением температуры. Зафиксируйте максимальную температуру, обозначив ее как t_кон.

Обработка результатов опыта и расчеты:

1)результаты наблюдений запишите в таблицу Л.4.1.

Таблица Л.4.1.

Время от начала опыта, мин		0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0
t, 0С

 

1) рассчитайте количество теплоты, выделившееся при реакции нейтрализации сильной кислоты сильным основанием:

q= ∆t [ (m_к + m_щ) · С_р-ра + С_ст ·m_ст] ·10^-3 [ккал]

где С_р-ра – удельная теплоемкость раствора (0,18 кал/г·град);

С_ст – удельная теплоемкость стакана (1,00 кал/г·град);

m_k – масса кислоты равна:

m_k = V_k · ρ_к [г], где ρ_к – плотность кислоты (1,015 г/мл),V_к – объем кислоты (мл);

m_щ – масса щелочи равна:

m_{щ =} V_щ · ρ_щ [г], где ρ_щ – плотность щелочи (1,025 г/мл), V_щ – объем щелочи (мл);

m_ст. – масса стакана (г);

3) определите количество вещества образовавшейся воды n_Н2О (моль), равное количеству вещества вступившей в реакцию нейтрализации кислоты (или щелочи) при ее известной нормальной концентрации С_к (моль/л) и объеме раствора V_к (л): n_Н2О = n_к = С_к.V_к;

4) рассчитайте количество теплоты, выделившееся при реакции нейтрализации сильной кислоты сильным основанием, измеренную в эксперименте:

Q= q/ n_Н2О = (q/0,025) [ккал/моль]

5) определите энтальпию реакции нейтрализации сильной кислоты сильным основанием: ∆Н_{нейтр.эксп.} = - Q;

6) сравните полученное экспериментальное значение со стандартным значением энтальпии нейтрализации (∆Н_{нейтр.теор.} = - 13,6 ккал/моль);

7) вычислите относительную погрешность (в %) эксперимента:

П = ∆Н_{нейтр.теор.} -∆Н_{нейтр.эксп.. .} 100 %

∆Н_{нейтр.теор.}