Определить теплоту реакции нейтрализации рассчитать процент ошибки

Цель
работы:
изучить основные понятия термохимии
(экзо- и эндотермические реакции, тепловой
эффект, энтальпия, энтальпия образования
вещества) , закон Гесса и следствие из
закона Гесса.

Задание:
провести реакцию нейтрализации и
определить повышение температуры. На
основании полученных данных рассчитать
теплоту и тепловой эффект реакции.
Выполнить требования к результатам
работы, оформить отчет, решить задачу.

Теоретическое введение

Химические
реакции сопровождаются выделением или
поглощением энергии
(чаще всего теплоты). Реакции,
протекающие с выделением теплоты,
называются экзотермическими,
а с поглощением
теплоты
– эндотермическими.
Количество
теплоты, которое выделяется или
поглощается
при химической реакции,
называется тепловым
эффектом реакции.
Тепловой эффект
реакции, протекающей при постоянном
давлении, равен изменению энтальпии
системы ΔН. При экзотермической реакции
энтальпия системы уменьшается
(ΔН
< 0), а при эндотермической – энтальпия
системы увеличивается (ΔН
> 0).

Если исходные
вещества и продукты реакции находятся
в стандартном состоянии, то в этом случае
энтальпию реакции называют стандартной
и обозначают ΔН⁰.

Определение
тепловых эффектов может быть осуществлено
опытным путем с
помощью калориметра или путем вычислений.
В основе термохимических расчетов
лежит закон
Гесса: тепловой
эффект химической реакции (т. е. изменение
энтальпии
ΔН)
зависит только от начального и конечного
состояния участвующих в реакции веществ
и не зависит от промежуточных стадий
процесса.

Часто
в термохимических расчетах применяют
следствие
из
закона
Гесса: энтальпия
химической реакции равна сумме энтальпий
образования продуктов реакции
за вычетом суммы энтальпий образования
исходных веществ с учетом стехиометрических
коэффициентов. Например,
стандартная энтальпия реакции
nА
+ mВ
→ рС + qD
рассчитывается
по формуле

ΔН
⁰_х..р


== ( р Δ
_f
Н
⁰
_С
+ q
Δ
_f
Н
⁰
_,
D)
− ( n
Δ
_f
Н
⁰

_А
+ mΔ
_f
Н⁰_B),

где
Δ
_f
Н⁰
– стандартная энтальпия образования
вещества.

Стандартной
энтальпией образования
вещества
называется
стандартная
энтальпия реакции образования 1 моль
данного вещества из простых веществ.

Выполнение работы

Любая реакция
нейтрализации сильной кислоты щелочью
сводится к процессу

Н⁺
+
ОН^‾
→ Н₂О

Для
определения теплового эффекта реакции
можно воспользоваться упрощенным
калориметром, состоящим из трех стаканов
– внешнего и двух внутренних.

В сухой внутренний
стакан калориметра с помощью мерного
цилиндра налить 25 мл раствора щелочи.
В другой сухой стакан налить 25 мл раствора
серной кислоты. Опустить в раствор
щелочи термометр. Записать температуру
и, не вынимая термометр из стакана,
быстро влить кислоту в щелочь. Осторожно
помешивая раствор термометром,
отметить и записать максимальную
температуру. Эту температуру считать
конечной.

Требования к
результатам работы:

Полученные данные занести в таблицу.

Вычислить (все
вычисления пояснить словами):

1. Изменение
энтальпии реакции ∆Н по формуле

ΔH
= −V
∙

∙ c
∙ ΔТ,

где V
– общий объем раствора, мл;

– плотность раствора г/мл; с – теплоемкость
раствора, Дж/г ∙ К; ΔТ – разность между
конечной и начальной температурами.
Принять плотность раствора после
нейтрализации равной 1 г/мл, а

теплоемкость его
− равной теплоемкости воды, т. е. 4,18 Дж/г
∙ К.

2.
Тепловой эффект реакции нейтрализации
∆Н⁰_{нейтр.практ}
в расчете на 1 моль эквивалентов
кислоты. Так как 1 моль эквивалентов
кислоты
содержится
в 1 л (1000 мл) раствора, а для реакции было
взято 25 мл, то

3.
Теоретическое
значение изменение энтальпии реакции
нейтрализации

для
уравнения Н⁺
+
ОН^‾
→ Н₂О.
Энтальпии образования Δ
_f
Н⁰
Н⁺,
ОH^‾
и Н₂О
соответственно равны
0, -230,2 и -285,8 кДж/моль.

4.
Относительную
ошибку опыта (Е)

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

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

Определение теплового эффекта химической реакции нейтрализации

Направление – химия, физика

Выполнили: ученики 9 а класса МБОУ «Гимназия № 5» г. Брянска Агейченкова Диана, Козлова Елизавета, Игнатичев Иван

Руководители: учитель химии МБОУ «Гимназия №5» Жирешонкова Л. В., доцент кафедры агрохимии, почвоведения и экологии БГАУ Мартынова Е. В.

Брянск 2018

Содержание

Введение………………………………………….. ……………….………3

Методика и результаты исследования…………… ……………..…….5

Выводы……………………………………………………………………..10

Заключение……………………………………………………………..….11

Список использованных источников……………………………..……12

Приложение…………………………………………………….………….12

Введение

Химическая термодинамика – раздел химии, изучающий энергетические эффекты химических реакций. Термохимия – раздел термодинамики, который изучает тепловые явления, сопровождающие химические реакции. Изучение этих явлений имеет большое значение для термодинамических и технологических расчётов. Тепловым эффектом реакции называется количество теплоты, выделяющееся или поглощающееся при необратимом протекании реакции, если продукты реакции и исходные вещества имеют одинаковую температуру.

По знаку теплового эффекта все реакции делятся на экзотермические и эндотермические. Экзотермические – реакции, протекающие с выделением тепла из системы в окружающую среду. Эндотермические – реакции, протекающие с поглощением тепла из окружающей среды.

Тепловой эффект реакции, измеренный при постоянных температуре и давлении, называется теплотой реакции Qр, а величина, описывающая изменение состояния системы и противоположная по знаку – энтальпией реакции ∆H. Энтальпии образования известны для нескольких тысяч веществ. Это позволяет расчётным путём установить энергетические эффекты разных процессов. Для измерения теплоты в системе СИ установлена единица джоуль [2, 7].

Для описания тепловых явлений в химических реакциях используют термохимические уравнения. Термохимические уравнения – химические уравнения с указанием теплового эффекта реакций.

Цель работы: определение теплового эффекта реакции нейтрализации сильной кислоты сильным основанием калориметрическим методом.

Задачи работы:

изучить и проанализировать литературу по проблеме исследования;

освоить калориметрический метод определения тепловых эффектов химических реакций;

провести исследования по определению тепловых эффектов реакции нейтрализации;

описать этапы работы и сделать выводы.

Методы исследования: изучение литературы, химический и физико-химический эксперимент, обработка результатов, наблюдение.

Объект исследования – взаимодействие сильной кислоты с сильным основанием.

Предмет исследования – тепловой эффект реакции нейтрализации.

Практическая значимость заключается в способности использования основных законов естественнонаучных дисциплин в практической деятельности, применения методов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования. Результаты нашей работы могут быть использованы на уроках химии и физики.

Мы изучили литературу (учебники Глинка Н.Л., Коровин Н.В. Общая химия, Мануйлов А.В., Родионов В.И. Основы химии, Смолова Л. М. Руководство к практическим занятиям по общей химии и другие) по темам «Тепловые эффекты химических реакций», «Определение теплоты реакций», «Энтальпия», «Термохимические уравнения».

Методика и результаты исследований.

Исследование проходило на базе Брянского государственного аграрного университета.

Реактивы, посуда и оборудование: модуль «Термостат», универсальный контроллер, мерные цилиндры, стаканы, растворы 0,15 моль/л NаOH, KOH 5 моль/л HCl, HNO3, H2SO4, дистиллированная вода. (Приложение 1)

Для определения теплоты нейтрализации мы использовали 0,15 м растворы NaOH, KOH. В стакан налили 100 мл щелочи и установили его в калориметр. Проводим нейтрализацию 5-ти молярные раствор соляной, серной и азотной кислот объёмом 3 мл из пипетки. В течение 4 минут фиксируем температуру «предварительного периода».

Определяем теплоту нейтрализации и разведения q1, приливая к большому объёму щелочи небольшой объём кислоты.

Определяем теплоту разведения кислоты q2, вливая раствор кислоты в воду. Объёмы кислоты и щелочи взяты в таких же объёмах, как при нейтрализации [6, 8].

Полученные данные заносим в таблицу.

Опыт №1

NаOH + HCl → NaCl + Н2О

Н++ОН—→ Н2О

Таблица 1

Опыт (щелочь и кислота) ∆t1 = t8 – t4 = 1,61

Контроль (вода и кислота) ∆t2 = t8 – t4 = 0,27

Теплоту нейтрализации определяют по формуле

q = (m1c1+m2c2+K) ∆t1 – (m2c2+m3c3+K) ∆t2

где m1, c1 – масса и теплоемкость щелочи;

m2, c2 – масса и теплоемкость кислоты;

m3, c3 – масса и теплоемкость воды;

∆t1, ∆t2 – разность температур при нейтрализации и разведении соответственно.

Полученный тепловой эффект (Дж) пересчитывают на 1 моль кислоты

Q = g 1000/V C

где V – объём кислоты, см3, с – концентрация кислоты, моль/л;

с (NаOH) = 0,15м, р (NаOH) = 1,005 г/см3

с (KOH) = 0,15м, р (KOH) = 1,001 г/см3

с (HCl) = 5м, р (HCl) = 1,082 г/см3

с (HNO3) = 5м, р (HNO3) = 1,16 г/см3

с (H2SO4) = 5м, р (H2SO4) = 1,137 г/см3

V щёлочи = 100 мл, V кислоты = 3 мл.

Расчёты – Приложение 2

Опыт №2

NаOH + HNO3 → NaNO3 + Н2О

Н++ОН—→ Н2О

Таблица 2

Опыт (щелочь и кислота) ∆t1 = t8 – t4 = 1,652

Контроль (вода и кислота) ∆t2 = t8 – t4 = 0,181

Опыт №3

2NаOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2Н2О

Н++ОН—→ Н2О

Таблица 3

Опыт (щелочь и кислота) ∆t1 = t8 – t4 = 1,717

Контроль (вода и кислота) ∆t2 = t8 – t4 = 0,276

Опыт №4

KOH + HCl → KCl + Н2О

Н++ОН—→ Н2О

Таблица 4

Опыт (щелочь и кислота) ∆t1 = t8 – t4 = 1,391

Контроль (вода и кислота) ∆t2 = t8 – t4 = 0,201

Опыт №5

KOH + HNO3 → KNO3 + Н2О

Н++ОН—→ Н2О

Таблица 5

Опыт (щелочь и кислота) ∆t1 = t8 –t4 = 1,334

Контроль (вода и кислота) ∆t2 = t8 – t4 = 0,122

Опыт №6

2KOH + H2SO4 → K2SO4 + 2Н2О

Н++ОН—→ Н2О

Таблица 6

Опыт (щелочь и кислота) ∆t1 = t8 – t4 = 1,474

Контроль (вода и кислота) ∆t2 = t8 – t4 = 0,238

Выводы

Мы изучили калориметрический метод определения теплового эффекта реакции нейтрализации сильной кислоты сильным основанием.

Мы определили тепловой эффект реакции, он приблизительно составил 55,9 кДж/моль (при температуре 298 К), что соответствует справочным данным. Проведенные опыты показали, что при взаимодействии одинаковых количеств (1 моль) сильной кислоты с сильным основанием в водных растворах выделяется примерно одинаковое количество теплоты. Теплота реакции нейтрализации постоянна, так как при взаимодействии сильных кислот и оснований, которые полностью диссоциируют в водных растворах, протекает реакция: Н++ОН—→ Н2О (ж) [9].

Мы рассчитали относительную ошибку опыта по формуле

П = Qтеор. – Qэксп./ Qтеор..100%.

Результаты были занесены в таблицу.

Заключение

В ходе выполнения данной работы были проанализированы различные учебники по теории и практическим занятиям по химии.

Во время выполнения работы были получены или улучшены следующие практические и исследовательские навыки: умение формулировать цели и задачи, выбирать методики и работать в соответствии с ними, подбирать соответствующие реактивы, собирать приборы, определять тепловой эффект реакции калориметрическим методом, наблюдать и фиксировать происходящее, оформлять результаты. Мы поняли, что в научных исследованиях тесно связаны все естественнонаучные дисциплины.

В ходе эксперимента были применены знания, полученные при изучении химии, математики, физики, информатики, мы определяли тепловой эффект калориметрическим методом, проводили математическую обработку результатов анализа, представляли данные в графическом виде.

Поставленная цель была достигнута, а задачи выполнены. Результаты работы считаем успешными.

В дальнейшем планируется продолжить изучение общих закономерностей химических процессов в разделе «Химическая кинетика. Скорость химических реакций. Химическое равновесие».

Список использованных источников

Глинка Н.Л. Общая химия. − Москва. Химия, 2003. − 728 с.

Под редакцией д.х.н., профессора С.Ф. Дунаева. Практическое пособие по общей и неорганической химии. – Москва. МГУ. 2002.

Коровин Н.В. Общая химия. − Москва. Высшая школа, 1998. − 557 с.

Мануйлов А.В., Родионов В.И. Основы химии. Новосибирский государственный университет. – Москва. Издательство «Центрополиграф», 2016. – 416 с.

Савельев Г.Г., Смолова Л.М. Общая химия. – Томск. Издательство Томского политехнического университета, 2005. − 206 с.

Смолова Л. М. Руководство к практическим занятиям по общей химии: учебное пособие. –Томск. Издательство Томского политехнического университета, 2010. – 152 с.

http://www.chem.msu.su/rus/teaching/general/praktika/part2.html

https://studfiles.net/preview/1770798/page:21/

http://chem-bsu.narod.ru/umk_chem_webCD/lwork/lr3.htm

Приложение 1. Реактивы, посуда и оборудование.

[6].

схема калориметра.

модуль «Термостат»

Приложение 2. Расчёты.

Приложение 3. Фотоотчёт.

II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВОГО ЭФФЕКТА НЕЙТРАЛИЗАЦИИ
СЕРНОЙ КИСЛОТЫ

Цель работы —
определение теплового эффекта реакции нейтра­лизации и проверка закона Гесса.

Нейтрализация 1
г-экв любой сильной кислоты сильным основа­нием в достаточно разбавленном
растворе сопровождается почти одинаковым экзотермическим тепловым эффектом, отвечающим
одному и тому же процессу ¾ образованию 1 моля жидкой воды из гидратированных ионов  и   по уравнению:

ΔН_нейтр
 = ¾ 55.9 кДж/г-экв

ственно массы
стакана, мешалки, кислоты и щелочи; С_ст ¾ удельная теплоемкость стакана
(стекла), равная 0,69 кДж/кг∙К;

С_М — удельная теплоемкость мешалки (стали),равная 0,42 кДж/кг∙К;
С_к , С_щ ¾ удельные теплоемкости кислоты и щелочи (4.2
кДж/∙К).

   РАСЧЕТЫ.

Уравнение реакции:

Нормальность ¾ это количество эквивалентов в 1 л.

49гр. ¾ 1н.

X гр. ¾   2н.

X = 98 г./экв.

1.

Q = (0.69 ∙ 132 + 0.42 ∙
23.2 + 4.2 ∙ 200 + 4.2 ∙ 40) ∙ 4.8 = 5322.35

 ΔН_нейтр = ¾ Q / N = 5322.35 /98 = -54.3 кДж  

Ошибка опыта:

2.

Q₁ = (0.69 ∙ 132 +
0.42 ∙ 23.2 + 4.2 ∙ 200 + 4.2 ∙ 40) ∙2.1=2328.5

Q₂ = (0.69 ∙ 132 +
0.42 ∙ 23.2 + 4.2 ∙ 200 + 4.2 ∙ 40) ∙3.1=3437.35

Q_общ= Q₁+ Q₂

ΔН_нейтр = ¾ Q_общ / N = 5765.85 /98 = -58.8
кДж

II.               
РАСЧЕТНАЯ
ЧАСТЬ.

Вариант № 5

№ 1

Ответ: ΔН = ¾ 204.8 кДж.

№ 2

Дано:

;    

; 

;    

Что бы пошла реакция прямо, необходимо, что бы  ΔG <0 :

ΔH-TΔS<0

T> ΔH/ΔS

T>2.8

Ответ: реакция пойдет при Т>298+2.8 Т> 300.8 К

№3

ΔH=¾ΔQ

Ответ: 39745 Дж

№4

Дано:

N₂  ¾ 1 моль                    

H₂ ¾ 3 моль

А)

Общая энтропия системы: + 3 ∙   = 583.3

В)

Энтропия при данной реакции будет:

№5

 4.9гр.         Х гр.

1 моль     2 моль

  98 г.          112г.

              Э_КОН =56/1=56

2N_кон =1л.

56/2=28 гр.

28гр ¾ 1л.                        

5.6 ¾ Х л.

Ответ: 200 мл.