Теплота нейтрализации и её определение

Теплота нейтрализации равна количеству теплоты, выделяющейся при реакции нейтрализации эквивалентных количеств кислоты и щелочи с образованием одного моля жидкой воды. В случае разбавленных растворов нейтрализация сильных кислот сильным основанием сопровождается, независимо от их природы, выделением 55,9 кДж/моль тепла. Это связано с тем, что при взаимодействии сильных кислот и оснований, полностью диссоциированных в водных растворах, образуются молекулы воды:

1/2 H₂SO_4(p)+ KOH_(p)= 1/2 K₂SO₄₍_р₎ + Н₂О_(ж₎,

НС1₍_p)+ NaOH₍_p) = NaС1₍_p) + Н₂О_(ж),

или в ионно-молекулярном виде: H⁺₍_p) + ОН^-₍_p) = Н₂О_(ж)

∆ Н °₂₉₈= -55,9 кДж.

Таким образом, теплота нейтрализации 1 эквивалента сильной кислоты 1 эквивалентом основания равна теплоте образования одного моля жидкой воды из ионов водорода и гидроксид-ионов. Поэтому тепловые эффекты таких реакций одинаковы.

При нейтрализации разбавленного раствора слабой кислоты или слабого основания теплота нейтрализации может отличаться от указанной выше величины, так как процессу образования воды предшествует диссоциация слабого электролита. Теплота нейтрализации в этом случае складывается из двух величин: теплоты образования 1 моля воды из ионов H⁺ и ОН^-и теплоты диссоциации слабого электролита.

∆ Н = -55,9 + ∆ Н _дисс(4)

где ∆ Н - теплота нейтрализации (кДж/моль); ∆ Н _дисс. - теплота диссоциации слабого электролита (кДж/моль). Теплота диссоциации может быть как положительной, так и отрицательной величиной. Она определяется теплотой, поглощенной при распаде молекул слабого электролита на ионы и теплотой гидратации этих ионов молекулами растворителя.

ХОД РАБОТЫ

В сухой калориметр залейте, по указанию преподавателя, из бюретки 25 мл раствора NaOH или КОН определенной концентрации и закройте пробкой. Раствор выдержите в калориметре 10-15 минут до установления теплового равновесия и измерьте t _нач. Затем мерным цилиндром отмерьте 25 мл НСl или НNОз, быстро прилейте в калориметр, хорошо перемешайте и замерьте максимальную температуру раствора t °_кон.

Вычисление теплового эффекта реакции нейтрализации ведут по формуле

∆ Н = V ρ c ∆ t, Дж, (5)

где V - объем раствора в точке нейтрализации (V _НС_l + V _NaOH),(мл);

ρ- плотность раствора (принять равной 1г/мл);

с - удельная теплоемкость раствора (воды); с = 4,184 Дж/г∙К;

∆ t -изменение температуры в процессе опыта.

Составьте уравнение реакции нейтрализации и рассчитайте теплоту нейтрализации эквивалента кислоты эквивалентом щелочи. Рассчитайте относительную ошибку опыта в процентах.

Таблица 1

Термодинамические константы некоторых веществ

Вещество	Фазовое состояние	∆ Н °_{298 обр} кДж/моль	∆ G °₂₉₈ кДж/моль	S °_298, Дж/моль∙К
Ag	ТВ			42,58
Ag₂O	ТВ	-31,15	-11,26	121,04
Al	ТВ			28,36
Al₂ О₃	ТВ	-1676,8	-1583,3	50,95
As	ТВ			35,63
As₂ О₃	ТВ	-619,2	-538,0	107,1
As₂ О₅	ТВ	-914,6	-772,4	105,4
Br₂	Ж			152,31
Br₂	Г	30,92	-3,13	245,35
Bi	ТВ			56,9
Bi₂ О₃	ТВ	-578,2	-497,7	151,0
С_{(графит)}	ТВ			5,74
С_(алмаз)	ТВ	1,89	2,83	2,38
СH₄	Г	-74,86	-50,85	186,44
С₂H₂	Г	226,17	208,61	200,97
С₂H₄	Г	52,5	68,38	219,43
С₂H₆	Г	-54,78	-33,00	229,65
С₃H₈	Г	-103,92	-23,49	270,09
С₄H₆	Г	110,24	150,77	278,92

Продолжение таблицы
Вещество	Фазовое состояние	∆ Н °_{298 обр} кДж/моль	∆ G °₂₉₈ кДж/моль	S °_298, Дж/моль∙К
н - С₄H₁₀	Г	-126,23	-17,17	310,33
H - С₅H₁₂	Г	-146,54	-8,37	349,18
С₆H₆	Г	82,98	129,75	269,38
С₆H₁₂	Г	-123,22	31,78	298,44
н – С₆H₁₄	Г	-167,30	-0,25	388,66
СH₃OH	Ж	-239,61	-167,20	126.69
C₂H₅OH	Г	-234,5	-168,18	282,60
CO С1₂	Г	-220,27	-206,88	283,91
CO	Г	-110,60	-137,23	197,67
CO₂	Г	-393,77	-394,64	213,82
CS₂	Г	116,14	65,96	237,94
Са	ТВ			41,45
СаС1₂	ТВ	-796,30	-1011.50	104,70
СаО	ТВ	-635,51	-604.45	39,77
СаС₂	ТВ	-59,90	-64,90	70,00
Сu	ТВ			33,20
СuО	ТВ	-162,10	-129,50	42,73
Сu₂О	ТВ	-173,30	-150,60	92,99
С1₂	Г			223,17
F₂	Г			202,85

Продолжение таблицы
Вещество	Фазовое состояние	∆ Н °_{298 обр} кДж/моль	∆ G °₂₉₈ кДж/моль	S °_298, Дж/моль∙К
Fe	ТВ			27,15
FeO	ТВ	-265,00	-244,46	60,79
Fe₂O₃	ТВ	-822,70	-740,83	87,50
Fe₃O₄	ТВ	-1117,90	-1014,84	146,29
H₂	Г			130,60
HF	Г	-270,90	-272,99	173,79
HCl	Г	-92,36	-95,36	186,91
HBr	Г	-36,30	-53,37	198,79
HI	Г	25,94	1,78	206,30
HI	Р	-55,20	-51,50	111,30
H₂О	Ж	-286,02	-237,40	70,00
H₂O	ТВ	-291,85	-234,08	39,40
H₂O	Г	-241,98	-228,75	188,85
H₂S	Г	-20,15	-33,83	193,86
H₂Se	Г	33,00	19,72	218,97
H₂Te	Г	154,39	138,49	234,30
I₂	Г	62,24	19,37	260,58
I₂	ТВ			116,23
Cd	ТВ			51,77
CdO	ТВ	-260,00	-229,30	54.80
Mg	ТВ			32,70
MgO	ТВ	-602,10	-569,82	26,96
N₂	Г			191,50

Продолжение таблицы
Вещество	Фазовое состояние	∆ Н °_{298 обр} кДж/моль	∆ G °₂₉₈ кДж/моль	S °_298, Дж/моль∙К
NO₂	Г	33,50	51,58	240,32
NH₃	Г	-45,80	-16,29	192,79
N₂O₄	Г	9,60	98,01	340,00
Na	ТВ			51,33
Ni	ТВ			29,90
NiO	ТВ	-239,70	-211,60	37,90
O₂	Г			205,00
Оз	Г	142,30	162,70	238,80
P₍_{красный}₎	ТВ	-18,41	8,37	22,80
P₍_белый₎	ТВ			41,11
P₂O₅	ТВ	-1506,24	-1363,98	135,98
P₂O₅	Г	-2093,0	-1943,0	157,0
РС1₃	Г	-279,70	-260,63	311,92
РС1₅	Г	-367,20	-297,34	364,70
РН₃	Г	5,44	13,39	210,10
Rb	ТВ			76,20
Rb₂O	ТВ	-330,11	-290,79	109,62
S _(ромб)	ТВ			31,88
S_{(моноклин)}	ТВ	0,38	0,19	32,55
SO₂	г	-297,10	-300,41	248,24
SO₃	г	-396,11	-371,41	256,86
Si	ТВ			18,84
SiO₂	ТВ	-862,10	-803,60	27,80
Zn	ТВ			41,66
ZnO	ТВ	-350,86	-320,88	43,67

Окончание таблицы
Pb	ТВ			64,80
PbS	ТВ	-100,40	-98,80	91,20

Таблица 2

Теплоты растворения некоторых веществ

Вещество	∆ Н °_раств, кДж/моль	Вещество	∆ Н °_раств, кДж/моль
NH₄NO₃	26,90	K₂SO₄	27,14
Na NO₃	21,21	Na₂SO₄∙10H₂O	78,51
K NO₃	36.02	Cu SO₄	-66,54
Na₂СО₃∙10H₂O	66,58	CuSO₄∙5 H₂O	11,70
NaOH	-42,28	Ca С1₂	-76,04

Варианты домашних заданий

№ варианта	№ задач	№ варианта	№ задач
1.	5,20,35,59,78	13.	12,26,42,59,80з
2.	6,21,36,51.76	14.	14,13,28,43,69,80и
3.	7,22.37.52,79	15.	16,39,47,65,82
4.	8,23,39.55,80б	16.	13,42,55,80а
	1,17,33,49,78		9,25,41,57,80ж
6.	2,18,34,50,79		10,26,42,58,803
7.	3,19,35,51,80а		11,27,43, 59, 80и
8.	4,20, 36, 52,806		12,28,44, 60, 80к
9.	5,21, 37, 53, 80в		13, 29, 45.61, 80л
10.	6, 22, 38, 54, 80г		14,30,46, 64, 81
11.	7,23, 39, 55, 80д		15,31,47,65,82
12.	8, 24, 40, 56, 80е		16,32,48,66,83