Определение энтальпии реакции нейтрализации лабораторная работа относительная ошибка

Лабораторная работа. Определение стандартной энтальпии реакции нейтрализации.

Цель:
научиться
экспериментально определять изменение
энтальпии реакции.

Задание:
определить стандартную энтальпию
реакции нейтрализации азотной кислоты
гидроксидом натрия.

Оборудование:
калориметр,
мерные цилиндры, термометр, воронка.

Реактивы:
растворы
азотной кислоты и гидроксида натрия.

Сущность
работы:
теплота
реакции нейтрализации определяется
калориметрически по измеренному
изменению температуры и рассчитанной
теплоемкости системы.

Лабораторный
калориметр:

1 – внешний стакан,
2 – внутренний стакан, 3 – раствор, 4 –
воронка, 5 – термометр.

Энтальпия реакции
нейтрализации, протекающей между
сильными одноосновными кислотами и
сильными однокислотными основаниями
практически не зависит от их природы,
так как реально в растворах протекает
одна и та же реакция:

Н⁺_(aq)
+ ОН^–_(aq)
= Н₂О_(ж)
; DН°_r
= -57,3 кДж/моль.

В случае реакции
нейтрализации слабых кислот и слабых
оснований такого постоянства не
наблюдается, так как часть теплоты
расходуется на ионизацию слабой кислоты
и слабого основания.

Выполнение
эксперимента:

1.
Подготавливают калориметр к работе.
(Осматривают его, чтобы убедиться в
исправности всех деталей. Ополаскивают
дистиллированной водой внутренний
стакан).

2.
Мерными цилиндрами отмеривают равные
объемы растворов кислоты и основания
(20 – 25 мл, по указанию преподавателя).

3. Измеряют начальные
температуры кислоты и щелочи с помощью
термометра.

4. Раствор кислоты
переливают при помощи воронки во
внутренний стакан калориметра.

5. Раствор щелочи
быстро вливают в калориметр к раствору
кислоты и наблюдают за столбиком ртути
термометра. Записывают самое высокое
показание. Опыт повторяют 2 — 3 раза.

Э



кспериментальные данные:

№ опыта	Температура раствора, о С
кислоты (нач.)	щелочи (нач.)	после нейтрализации
1
2
3
Среднее значение			

Масса
внутреннего стакана калориметра, m
(стакана) = ______ г

Объемы
растворов реагирующих веществ, V(HNO₃)
= _______ мл, V(NaOH)
= _______ мл

Концентрация
растворов, c(HNO₃)
= _____ моль/л, c(NaOH)
= _______ моль/л

Плотность
растворов, ρ(HNO₃)
= _______ г/мл, ρ(NaOH)
= _______ г/мл

Удельная
теплоемкость растворов (воды), C_m(H₂O)
= 4,184 Дж/(г∙К)

Удельная
теплоемкость стекла, С_m(ст.)
= 0,753 Дж/(г∙К)

Обработка
результатов эксперимента:

Для
вычисления по экспериментальным данным
теплоты реакций нейтрализации сначала
рассчитывают общую теплоемкость
калориметра С_m,
учитывая теплоемкость раствора и
теплоемкость внутреннего стакана:

С_m
= C_m(H₂O)
∙ m(раствора)
+ С_m(ст.)
∙ m(стакана)

где:
m(раствора)
= V(HNO₃)
∙ ρ(HNO₃)
+ V(NaOH)
∙ ρ(NaOH)

Затем
вычисляют выделившуюся в калориметре
теплоту: Q
= C_m
∙ ΔT

где:
ΔT
= t(после
нейтрализации)
–

Эта
теплота постепенно, по мере выравнивания
температуры передается в окружающую
среду и может быть принята равной по
абсолютной величине изменению энтальпии
системы (калориметра): Δ_nH
= -Q

Для
расчета стандартной энтальпии реакции
нейтрализации найденное значение
теплоты необходимо пересчитать на 1
моль реагирующей ки­слоты или основания,
что соответствует 1 моль образующейся
воды:

Δ_nH°
=

где:
ν – количество вещества кислоты или
щелочи (в зависимости от того, что
находится в недостатке).

ν(HNO₃)
= V(HNO₃)
∙ c(HNO₃),
или ν(NaOH)
= V(NaOH)
∙ c(NaOH)

Рассчитанную
стандартную энтальпию реакции
нейтрализации сравнивают со справочными
данными. Рассчитывают отклонение
найденных значений от справочных.
Объясняют вероятные причины отклонений.

Экспериментально определенную величину стандартной энтальпии реакции нейтрализации сравнивают со справочным значением, находят абсолютную и относительную ошибки определения: Абсолютная ошибка: ξабс = ΔH°теор — ΔH°эксп

Относительная ошибка: ξотн = 

Расчеты:

1. t⁰₁
   =
   =

2. ∆t⁰
   = t₂
   – t₁
   =

1. C_р-ра
   = C⁰_m(H₂O)
   m_р-ра
   =

1. V_{1
   р-ра} =
   V_к.ρ_к.
   + V_щ.ρ_щ.
   =

1. С_стак.
   = С⁰_стак.
   m_стак.
   =

1. С_{системы}
   = С_стак.
   + C_р-ра
   =

1. ∆H = -Q
   = -С_сист.∆t
   =

1. ν = С_к.V_к.
   =

   ( расчёт ведётся по недостатку)

1. ∆_nH⁰_эксп.
   =
   =

Относительная
ошибка: ε_отн.=

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________



Вывод
(указывают
полученный результат, метод исследования,
относительную ошибку):

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Занятие
___. Дата
____.____. 20___

Соседние файлы в предмете Химия

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

Лабораторная работа №3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ТЕПЛОВОГО  ЭФФЕКТА
РЕАКЦИИ  НЕЙТРАЛИЗАЦИИ

Цель работы – определение теплового
эффекта реакции нейтрализации сильной кислоты сильным основанием с использованием
калориметрической установки и проведение термодинамических расчетов.

1.
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

Химические реакции сопровождаются выделением или поглощением энергии (теплоты).
Первые называются экзотермическими,
вторые – эндотермическими.

Количество выделенной или поглощенной теплоты называют тепловым эффектом процесса (Q). Последний зависит от природы веществ, их количества,
агрегатного состояния и температуры процесса. Изучением тепловых эффектов
химических процессов занимается термохимия.

Большинство химических
процессов протекают при постоянном давлении (р = const), т.е. является изобарными.
Для изобарных процессов тепловой эффект равен разности энтальпий () конечного и исходного состояния системы, характеризующей
«теплоспособность» системы:

Величина () – энтальпия химической реакции — измеряется в кДж. Для экзотермических реакций () < 0, для эндотермических — () > 0. Изменение энтальпии (тепловой эффект
химической реакции), а также агрегатное состояние каждого из исходных веществ и
продуктов реакции указывают в термохимических
уравнениях.  Кроме этого, в них допускается применение
дробных коэффициентов, так как тепловой эффект рассчитывается на один моль
вещества.

Пример термохимического
уравнения:

(NH₄)₂Cr₂O_7(к) = N_2(г) + Cr₂O_3(к) + 4H₂O_(ж);   = -477 кДж.

В данной записи (к), (г),
(ж) означают, соответственно, кристаллическое, газообразное и жидкое состояния.

Для термохимических расчетов
важна стандартная энтальпия образования соединений ΔН^о_обр
– это тепловой
эффект реакции образования 1 моля этого соединения из простых
веществ, устойчивых при стандартных условиях (температура 298
К и давление 101,3 кПа).

Основным законом термохимии
является закон Г.И.Гесса, согласно которому
изменение энтальпии (внутренней энергии) в химической реакции определяется
только видом и состоянием исходных веществ и продуктов реакции и не зависит от
пути перехода от начальных веществ к конечным.

Следствием из закона Гесса
является соотношение:

Где  – энтальпия химической
реакции.

Первый член в правой части уравнения – сумма энтальпий образования
продуктов реакции, взятых с учетом стехиометрических коэффициентов в уравнении
реакции;

Второй член – аналогичная
сумма для исходных веществ.

Известно, что нейтрализация 1
эквивалента любой сильной кислоты любым сильным основанием в разбавленных
водных растворах сопровождается экзотермическим эффектом, при 298 К равным – 57,22 кДж/моль.

Это объясняется тем, что изменение энтальпии таких реакций
не зависят от исходных веществ, и определяется при взаимодействии любых сильных
кислот и щелочей реакцией:

Н⁺_(р)  + ОН‾_(р)
= Н₂О_(ж);     = -57,22 кДж/моль

Этот факт подтверждает полную диссоциацию сильных электролитов в водных растворах.
Например, нейтрализация азотной кислоты гидроксидом калия
в разбавленных водных растворах сводится к образованию 1 моля жидкой воды, что
следует из ионно-молекулярного уравнения реакции:

НNO₃
+ KOH = KNO₃ + H₂O_(ж)

Н⁺ + ОН‾ =
Н₂О _(ж)

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ
ЧАСТЬ

Тепловые
эффекты, сопровождающие химические реакции, измеряют в приборах, называемых
калориметрами или калориметрическими установками (рис.1).

Простейший калориметр состоит из 2-х сосудов: наружного (4)
и внутреннего калориметрического (3). Во избежание потерь теплоты через стенки
калориметрического сосуда он помещается на подставку из пенопласта (материал с
малой теплопроводностью). Калориметр закрывается крышкой (5) с тремя
отверстиями: для воронки (2), мешалки (6) и термометра (7).

В работе используют 1 М растворы KOH и HNO₃. Для реакции нейтрализации берут равные объемы
кислоты и щелочи.

Перед началом опыта необходимо взвесить сухой калориметрический
сосуд или узнать его массу у лаборанта.

Соберите калориметрическую установку и через воронку в
калориметрический сосуд налейте отмеренные мерным стаканом 50 мл 1 М
раствора кислоты. Во второй мерный стакан налейте 50 мл 1 М раствора щелочи и поставьте
его на 3-4 мин. для выравнивания температуры рядом с калориметром.

Опустите термометр в стакан
с раствором щелочи и замерьте температуру раствора с точностью до 0,1 К (Т_Щ).
Затем, ополоснув шарик термометра водой и осушив его фильтровальной бумагой,
опустите термометр в раствор кислоты. Замерьте температуру раствора кислоты (Т_К). Среднее арифметическое Т_Щ и Т_К даст Т₁– начальную температуру раствора в калориметре:

                                       (1)

Затем через воронку вылейте
раствор кислоты в щелочь. Отметьте самую высокую температуру Т₂,
которую покажет термометр после сливания растворов. Результаты измерений
занесите в таблицу 1.

Таблица
1

Масса калориметрического сосуда m, кг	Суммарный объем жидкости в стакане V, мл	Температура, К
ТЩ	ТК	Т1	Т2

Теплоту, выделяющуюся или
поглощающуюся в калориметре, вычисляют по формуле

q =  Σc ·(T₂ – T₁),                                                 (2)

где

Т₁ – начальная температура жидкости, К;

Т₂ – конечная температура
жидкости в калориметре, К;

Σc – теплоемкость
системы, равная

Σc = с₁·m₁ + c₂·m₂ + c₃·m₃;                                          (3)

c₁, c₂ – удельная теплоемкость
растворов кислоты, щелочи, принимаемые равными удельной теплоемкости воды, 4,19 кДж/(кг·К);

с₃ –
удельная теплоемкость стекла 0,75 кДж/(кг·К);

m₁, m₂ – масса раствора кислоты и
щелочи, кг ‑ (плотность растворов кислоты и щелочи принять равными плотности
воды 1000 кг/м³);

m₃ – масса калориметра, кг.

Определить число молей
нейтрализованной кислоты (щелочи) n, учитывая заданную молярную
концентрацию и объем раствора, рассчитать энтальпию нейтрализации.

Так как реакция
нейтрализации является экзотермической, то

ΔН = — q/n,   кДж/моль.                                                          (4)

Сравнить
полученную энтальпию нейтрализации с теоретической и рассчитать относительную
ошибку опыта.

                      (5)

Где _экспер. – полученное
в ходе эксперимента значение энтальпии реакции;

_теор. – теоретическое
значение энтальпии реакции нейтрализации, равное – 57,22 кДж/моль.

---

Подборка по базе: Дипломная работа 1.doc, Итоговая работа по окружающему миру 1 класс.docx, Курсовая работа Степановой Варвары МЭЗ 21-9-1.pptx, Курсовая работа Савченкова (3).docx, Лабораторная работа 8 доработка.docx, Тесты по курсу «Релейная защита и автоматика» c ответами.docx, Тестовые задания по курсу Международные финансы.docx, самостоятельная работа №1 астрономия.docx, Практическая работа 1.docx, Практическая работа №4(Основы работы с Bios).docx

---

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра управления инновациями (УИ)
ОТЧЕТ

Лабораторная работа по курсу общей химии:

«Определение теплового эффекта реакции нейтрализации».

	Студенты гр. 058 _______________ Н.А. Габов _______________ А.К. Гончаров _______________ Т.А. Кретов
__________	Руководитель лабораторной работы _______________ С.Н. Леонов «28» сентября 2019г.

Томск 2019

Цель работы: определить тепловой эффект реакции нейтрализации; доказать справедливость закона Гесса при проведении реакции в одну и две стадии.

Приборы и реактивы: калориметр, термометр, воронка, мерные цилиндры на 100 мл, химический стакан объемом 800 мл.
ХОД РАБОТЫ

Опыт 1. Определение теплового эффекта реакции нейтрализации, проводимой в две стадии

Для I стадии опыта используются такие объемы кислоты и щелочи, чтобы соотношение количеств реагирующих веществ в молях было равно 1:1. В растворе протекает реакция с образованием кислой соли:

H₂SO₄ + NaOH = NaHSO₄ + H₂O,

В результате реакции нейтрализации выделяется определенное количество тепла, и температура раствора будет повышаться. При этом тепловой эффект I стадии реакции равен .

Выполнение опыта:

1. в калориметр отмерили 40 мл раствора серной кислоты 0,5М Н₂SO₄;
2. измерили температуру раствора кислоты t₁ в калориметре;
3. быстро (и без потерь) влили в кислоту 20 мл одномолярного раствора щелочи NaOH из мерного цилиндра и получили раствор кислой соли NаHSO₄ (объем V₁);
4. определили температуру t₂ раствора после реакции, которая протекает по уравнению:

H₂SO₄ + NaOH = NaНSO₄ + H₂O
где — теплота реакции;

1. определили разность температур t₁ = t₂ – t₁ и объем V₁ полученного раствора;
2. охладили раствор до начальной температуры;
3. к полученному раствору NaНSO4 быстро прилили оставшиеся 20 мл раствора щелочи, перемешали и определили температуру раствора t₃. В данном случае кислая соль превращается в среднюю по реакции:

NaHSO₄ + NaOH = Na₂SO₄ + H₂O
где — теплота реакции;

1. определили разность температур t₂ = t₃ – t₁ и объем V₂ полученного раствора;
2. результаты опыта занесли в табл. 1;

Опыт 2. Определение теплового эффекта реакции нейтрализации, проводимой в одну стадию

В данном опыте берутся такие объемы растворов кислоты и щелочи, что соотношение количеств их веществ составляет 1:2. В таком случае реакция протекает сразу с образованием нормальной соли:

H₂SO₄ + 2NaOH = Na₂SO₄ + 2H₂O,

В результате реакции, проводимой в одну стадию, тепловой эффект составит .

Выполнение опыта:

1. в калориметр отмерили 40 мл раствора серной кислоты 0,5М Н₂SO₄;
2. измерили температуру раствора кислоты t₄ в калориметре;
3. быстро (и без потерь) влили в кислоту 40 мл одномолярного раствора щелочи NaOH из мерного цилиндра и получили раствор средней соли Nа₂SO₄;
4. определили температуру t₅ раствора реакции полной нейтрализации,

H₂SO₄ + 2NaOH = Na₂SO₄ + 2H₂O ΔH₃
где H₃ — теплота реакции;

1. определили разность температур t₃ = t₅ – t₄ и объем V₃ полученного раствора;
2. результаты опыта занести в табл. 1;
3. вычислили энтальпию (H₁, H₂,H₃) реакции нейтрализации по формуле:

ΔH = V ∙ d ∙ C ∙ Δt ∙ 25 ∙ 0,001,

где V – объем раствора, мл; d – плотность раствора, г/мл; C – удельная теплоемкость раствора, Дж/г·К; Δt – разность температур, полученная экспериментально; 25 – коэффициент пересчета теплового эффекта при реакции раствора, содержащего 1 эквивалент (1 моль) щелочи; 0,001 – коэффициент пересчета Дж в кДж.

1. вычислили суммарную теплоту H₁ + H₂ реакции нейтрализации;
2. сравнили значение суммарной теплоты реакции H₁ + H₂ со значением H₃ и сделали соответствующие выводы;
3. вычислили абсолютную и относительную ошибки определения теплоты реакции;

РАСЧЕТЫ

t₁ = t₂ – t₁

t₁ = 4,4;

t₂ = t₃ – t₁

t₂ = 3,4;

t₃ = t₅ – t₄

t₃ = 6,8;
ΔH = V ∙ d ∙ C ∙ Δt ∙ 25 ∙ 0,001;

= 60 * 1,027 * 4,054 * 4,4 * 25 * 0,001 = 27,47 кДж;

= 80 * 1,027 * 3,981 * 3,4 * 25 * 0,001 = 27,80 кДж;

= 80 * 1,027 * 3,981 * 6,8 * 25 * 0,001 = 55,60 кДж;

ΔH = + ;

ΔH = 27,47 + 27,8 = 55,27 кДж;

;

;

Таблица 1.

№ Опыта	Объем раствора V, мл	t1	t2	t	Плотность раствора d, г/мл	Удельная теплоемкость c, Дж/г * К	Тепловой эффект ΔH, кДж
0,5М Н2SO4	1М NaOH
1	Стадия 1	40	20	21,2	25,6	4,4	1,027	4,054	27,47
Стадия 2	20	21,2	24,6	3,4	1,027	3,981	27,80
2	40	40	21,2	28	6,8	1,027	3,981	55,60

Вывод к работе

Рассчитав тепловые эффекты реакций нейтрализации, которые проводились в две и в одну стадию и, проанализировав полученные результаты, мы убедились в справедливости закона Гесса.

Согласно закону Гесса тепловой эффект химической реакции, протекающей при постоянном объеме или при постоянном давлении, не зависит от пути реакции, а зависит только от природы исходных и конечных веществ и их состояния.

Как видно из результатов расчета, величина H₃ близка по значению к сумме величин H₁ и H₂ и отличается от нее на 0,33 кДж или на 0,59%. Это может быть связано с погрешностью измерений температуры, объемов реагентов и тепловыми потерями через поверхность калориметра.

Предложите, как улучшить StudyLib

(Для жалоб на нарушения авторских прав, используйте

другую форму
)