Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Основные теоретические сведения

Лабораторная работа 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВОГО ЭФФЕКТА
РЕАКЦИИ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ

Цель работы – приобретение навыков определения теплового эффекта реакции нейтрализации сильной кислоты сильным основанием с использованием калориметрической установки.

Основные теоретические сведения

При прохождении большинства химических реакций теплота Q выделяется (реакция экзотермическая) или поглощается (реакция эндотермическая). Уравнения реакций, в которых количество выделенной или поглощенной теплоты Q записывается как член уравнения, называются термохимическими уравнениями. Теплота, входящая в термохимическое уравнение как продукт реакции, называется тепловым эффектом реакции. Например, в нижеприведенных уравнениях +483,2 и –58,1 кДж являются, соответственно, тепловыми эффектами экзотермической и эндотермической реакций:

– экзотермическая;

– эндотермическая.

Величина теплового эффекта реакции относится к определенному количеству вещества. Так, 483,2 кДж относится к образованию 2 моль газообразной воды. Тепловой эффект реакции, отнесенный к образованию 1 моль вещества из простых веществ в их устойчивых состояниях, называется теплотой образования данного вещества . Так, газообразной водысоставляет по уравнению

241,6 кДж/моль.

Количество теплоты, выделившейся или поглотившейся в результате реакции, проведенной при постоянном давлении , называется энтальпией Н. Положительная величина теплового эффекта (экзотермическая реакция) соответствует отрицательной величине реакции и наоборот. Если реакции относится к образованию 1 моль сложного вещества из простых веществ, то оно называется энтальпией образования вещества .

Величина энтальпии зависит от агрегатного состояния, количества и концентраций веществ, парциальных давлений газообразных компонентов, а также от условий проведения опыта. В справочниках обычно приводятся стандартные энтальпии образования , которые относятся к образованию 1 моль соединения из простых веществ в их устойчивых состояниях при и . простых веществ в их устойчивых состояниях принимаются равными нулю.

Важно знать, к какому агрегатному состоянию относится . Например, уровень энтальпии газообразной воды лежит выше уровня энтальпии жидкой воды. Это связано с тем, что при фазовом переходе → выделяется теплота конденсации [1].

Жидкую воду можно получить из водорода и кислорода двумя путями.

Первый путь: .

Второй путь: ,

В обоих случаях энтальпия образования жидкой воды составит –285,5 кДж/моль, т. е. не зависит от способа получения вещества. В этом заключается основной закон термохимии, открытый в 1840 г. русским химиком Г. И. Гессом. Смысл его состоит
в том, что изменение энтальпии в ходе химической реакции определяется только видом и состоянием исходных веществ и продуктов реакции и не зависит от пути перехода от начальных веществ к конечным.

Для термохимических расчетов обычно используют следствия из закона Гесса, которые позволяют определить тепловые эффекты многочисленных химических реакций, не прибегая к измерениям.

Первое следствие из закона Гесса показывает, что изменение энтальпии химической реакции при стандартных условиях равно сумме стандартных энтальпий образования продуктов реакции за вычетом суммы стандартных энтальпий образования исходных веществ:

где – энтальпия химической реакции;
и – стандартные теплоты образования, соответственно, продуктов реакции и исходных веществ (приводятся в справочных таблицах); n_i и n_g – стехиометрические коэффициенты перед формулами соответствующих веществ в уравнении реакции.

Стандартные энтальпии образования и соответственно равны –393,5 и –110,5 кДж/моль (по данным справочных таблиц [3]). образования обозначим через x. Тогда , откуда Таким образом, составляет –822,2 кДж/моль.

Второе следствие из закона Гесса показывает, что изменение энтальпии химической реакции при стандартных условиях равно сумме стандартных энтальпий сгорания исходных веществ за вычетом суммы стандартных энтальпий сгорания продуктов реакции:

где – энтальпия химической реакции;
и – стандартные теплоты сгорания, соответственно, исходных веществ и продуктов реакции (приводятся в справочнике); n_i и n_g – стехиометрические коэффициенты перед формулами соответствующих веществ в уравнении реакции.

Стандартной энтальпией сгорания называется тепловой эффект реакции сгорания 1 моль вещества при стандартных условиях с образованием

Второе следствие из закона Гесса используют для расчёта тепловых эффектов реакций, в которых участвуют органические вещества, так как для этих веществ проще определить теплоту сгорания, чем теплоту образования.

Тепловые эффекты, сопровождающие химические реакции, измеряют в калориметрических установках различных конструкций. Так, тепловой эффект нейтрализации 1 эквивалента любой сильной кислоты любым сильным основанием в разбавленных водных растворах, измеренный с помощью калориметра, составляет –57,22 кДж/моль при 298 К, то есть не зависит от природы исходных веществ, а взаимодействие определяется реакцией:

= –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 моль жидкой воды и сопровождается тепловым эффектом –57,22 кДж/моль:

НNO₃ + KOH = KNO₃ + H₂O_(ж);

Н⁺ + NO^ˉ₃+ K⁺ + OH^ˉ = K⁺ + NO^ˉ₃+ H₂O_(ж);

Н⁺ + ОН^ˉ = Н₂О_(ж) = –57,22 кДж/моль.

При нейтрализации слабых кислот и слабых оснований энтальпия нейтрализации меньше, так как при ионизации кислоты и основания затрачивается энергия.

12 Следующая ⇒