Определение энтальпии реакции нейтрализации

Настоящие методические указания составлены в соответствии со стандартом по физической химии для студентов технических высших учебных заведений по одному из разделов курса "Термодинамика"

Целью работы является усвоение важнейших понятий в термодинамике, экспериментальное определение энтальпии химической реакции.

При подготовке к лабораторной работе необходимо обратить внимание на основные положения теории электролитической диссоциации, согласно которой реакции в растворах электролитов протекают между ионами. Поэтому реакцию нейтрализации можно представить как взаимодействие ионов водорода с гидроксильными ионами с образованием слабо диссоциирующих молекул воды

H⁺ + OH^- → H₂O + Δ H

Следовательно, при нейтрализации любой сильной кислоты сильным основанием должен наблюдаться практически одинаковый тепловой эффект Δ Н, который по мере разбавления растворов реагентов приближается к предельной величине, ровной -55,9 кДж/моль при 298°К (энтальпия нейтрализации).

Нейтрализации слабых кислот и оснований предшествует процесс диссоциации слабой кислоты (основания) на ионы, поэтому суммарная (интегральная) энтальпия нейтрализации в данном случае, как правило, меньше, чем 55,9 кДж/моль.

Реактивы и оборудование

Для определения теплоты нейтрализации используют калориметр, состоящий из реакционного сосуда емкостью 50 см³, который помещен в изотермическую оболочку. В пробке, закрывающей реакционный сосуд, имеются отверстия для мешалки и термометра. Растворы реагирующих веществ напивают через боковой отросток.

Для работы необходимы также мерные колбочки объемом 25 и 50 см³ или пипетки объемом 25 и 50 см³, весы с чувствительностью не менее 0,01 г, ступка с пестиком, секундомер, термометр с чувствительностью не менее 0,1°, калька, миллиметровая бумага.

В работе используют серии растворов НС1, Н₂SО₄, СН₃СООН (НАс), NН₄ОН, НNО₃, КОН, NaOH различной концентрации (2н, 1н, 0,5н), а также сухуюсоль КNО₃, предварительно высушенную при 110°С в течение 4 часов.

Ход работы.

Определение постоянной калориметра

Энтальпию Δ Н (тепловой эффект при постоянном давлении) процесса, протекающего а калориметре, определяют, измерив точно скачок температуры Δ Т в результате реакции:

Δ H = k Δ T,

где k - постоянная калориметра.

Физически смысл постоянной калориметра есть теплоемкость калориметра, численно равная количеству теплоты, необходимому для нагревания всех частей калориметра на один градус.

Постоянную калориметра определяют по известной энтальпии растворения эталонного вещества, В данной работе применяют нитрат калияКNO₃. Для определения тщательно растирают соль в фарфоровой ступке и взвешивают с точностью до 0,01 г примерно 2 г соли. В реакционный сосуд пипеткой вносят точно 50 см³ дистиллированной веды, закрывают его пробкой и укрепляют в ней термометр и мешалку. Непрерывно перемешивая воду, контролируя время с помощью секундомера, через каждые 30 секунд измеряют температуру воды с точностью до 0,1°. После установления постоянного изменения температуры в калориметре проводят 10 измерений температуры через каждые 30 секунд, которые составляют «предварительный период», затем быстро вносят навеску нитрата калия и, интенсивно перемешивая раствор, наблюдают за изменением температуры, продолжая измерения температуры в прежнем режиме («главный период»). Окончанием главного периода считают вновь установившийся равномерный ход изменения температуры. Проводят еще 10 измерений температуры («заключительный период»). Данные наблюдений вносят в таблицу 1.