2. Лабораторная работа энергетика химических и фазовых превращений

Цель работы. Определение тепловых эффектов реакции нейтрализации и процесса растворения неорганических соединений.

Опыт 1. Определение теплового эффекта реакции нейтрализации.

Налейте в мерный цилиндр 50 мл раствора соляной кислоты концентрацией 1 моль/л и вылейте его в предварительно взвешенный калориметрический стакан. Накройте стакан крышкой, через 2 минуты измерьте температуру раствора в стакане (t₁).

Из другого мерного цилиндра налейте 50 мл раствора гидроксида натрия концентрацией 1 моль/л в калориметрический стакан с раствором соляной кислоты и осторожными круговыми движениями перемешайте содержимое стакана. Определите по термометру с точностью до 0,1 ⁰С максимальную температуру жидкости после сливания растворов (t₂).

По полученным данным рассчитайте тепловой эффект (ΔН ) реакции нейтрализации. Теплоту, выделяющуюся или поглощающуюся в процессе реакции в калориметре, вычисляют по формуле

ΔН = ( m_ж^.C_ж + m_ст^.C_ст ) Δt , (1)

где m_ж и m_{ст –} соответственно массы жидкости и стакана ;

Δt – изменение температуры за время опыта (Δt = t₂ – t₁ ) ;

С_ж и С_ст – соответственно удельные теплоемкости жидкости и стекла.

Удельная теплоемкость стекла С_ст = 0,75 Дж/г^.К. Удельная теплоемкость жидкости принята равной удельной теплоемкости воды С_ж = 4,18 Дж/г^.К.

Установлено, что при реакции нейтрализации сильной кислоты сильным основанием на 1 моль образующейся воды выделяется 57 кДж тепла, т.е.

HCl + NaOH = NaCl + H₂O ; ΔH_теор = - 57 кДж/моль

Количество вещества ( ν) кислоты или основания рассчитывают по формуле

ν = С_M ^. V ,

где C_M – молярная концентрация кислоты или основания, моль/л ;

V - объем раствора кислоты или основания, л.

Пересчитайте количество теплоты ΔН, определенное из уравнения (1), на один моль образующейся при реакции воды (ΔН_оп ). Сравните экспериментальное значение теплового эффекта реакции нейтрализации (ΔН_оп) с теоретически рассчитанным (ΔН_теор ) и вычислите погрешности опыта :

абсолютная Δ _абс = | ΔН _теор - ΔН _оп | ,

относительная Δ _отн = Δ_абс / ΔН_теор

Экспериментальные и расчетные данные занесите в таблицу.

Объемы растворов, л		Температура раствора, 0С			Тепловой эффект, кДж/моль		Погрешности
V(HCl)	V( NaOH)	До реакции t1	После реакции t2	Δt	ΔH	ΔНоп.	Δабс.	Δотн.

Опыт 2. Изучение теплового эффекта процесса растворения

неорганических соединений.

А. В стакан почти до дна опустите закрепленный на штативе термометр. Поместите 20 г твердого гидроксида натрия в стакан так, чтобы был закрыт ртутный баллон термометра. Затем налейте в стакан 50 мл воды и осторожно перемешайте смесь стеклянной палочкой. По термометру наблюдайте изменение температуры.

Б. В стакан почти до дна опустите закрепленный на штативе термометр и поместите 30 г кристаллического нитрата аммония в стакан так, чтобы был закрыт баллон термометра. Затем налейте 50 мл воды в стакан и поместите в него пробирку, на четверть наполненную водой. Осторожно перемешайте смесь стеклянной палочкой. При растворении NH₄NO₂ температура опускается ниже 0 ⁰С, и вода в пробирке замерзает. Аналогичный эффект проявляют при растворении в воде и другие вещества ( нашатырь NH₄Cl , калийная селитра KNO₃, тиосульфат натрия Na₂S₂O₃ ).

Сформулируйте вывод о тепловом эффекте растворения твердых веществ.