Определение изменения энтальпии реакции нейтрализации

Министерство образования и науки Российской федерации

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

 

 

 

 

Кафедра физической химии

 

 

 

Отчет по лабораторной работе № 3

 

 

Определение изменения энтальпии реакции нейтрализации.

 

 

 

 

Выполнили:  студенты группы ТХ-12-1                ______________              /Баранова А.А./

 

                                                                                    ______________               /Белякова А.А./

 

                                                                                    ______________                 /Валиева В.А./

 

                                                                                    ______________                  /Егорова С.В./

 

                                                                                    ______________                      /Кирос В./ 

 

 

 

 

 

Проверила:                                                                   ______________         /Литвинова Т.Е./

                                                                                                                                                    (роспись)

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2014 г.

Цель работы: определение теплового эффекта процесса нейтрализации кислоты щелочью.

 

Сущность работы: реакция нейтрализации любой сильной кислоты щелочью сопровождается экзотермическим тепловым эффектом. Для определения теплового эффекта реакции достаточно знать теплоемкость системы и вызванное реакцией изменение температуры системы.

Оборудование и реактивы.

Стеклянный стакан объемом 500 мл – 1 шт.; фарфоровый или стеклянный внешний стакан объемом 750 мл – 1 шт.; пипетка – 1 шт.; стеклянная палочка для перемешивания – 1 шт.; кристаллизатор – 1 шт.; штатив с лапками – 1 шт.; термометр Бекмана – 1 шт.; мерный цилиндр объемом 100 мл – 1 шт.; мерный цилиндр объемом 500 мл – 1 шт.; секундомер, весы, раствор серной кислоты; гидроксид натрия или калия – раствор концентрацией 1 моль/кг.

Ход работы:

1. Получить у преподавателя наименование  слабой кислоты, с которой будет  выполняться эксперимент.

2. Взвесить на технических весах внутренний стакан калориметрической установки, пипетку и стеклянную палочку-мешалку.

3. Определить объем ртутного баллона термометра. Для этого опустить нос термометра в мерный цилиндр объемом 100 мл, куда предварительно налито 50 мл воды и, по разности уровней жидкости в цилиндре, определить объем ртути, VHg.

4. Во внутренний стакан калориметрической установки поместить 300 мл раствора кислоты Vк (отбирать цилиндром на 500 мл). Массу раствора считать равной 300 г, т.к. рнаствор кислоты рахзбавленный и его плотность близка к единице.

5. Налить в пипетку около 20 мл раствора щелочи (3/4 объема пипетки) и взвесить. По разности определить массу щелочи mщ = mпипетки с раствором - mпипетки.

6. Собрать калориметрическую установку, проверить герметичность пипетки!!! До окончания опыта пипетка остается в стакане с кислотой!!!

7. Для установления температурного равновесия перед началом опыта выждать 2-3 мин, помешивая воду в стакане.

8. Пустить секундомер и через каждые 30 секунд записывать показания температуры (см. табл.) по термометру Бекмана в течение 5 минут (10 показаний) при постоянном перемешивании (начальный период).

9. Не прекращая отсчета времени и измерения температуры!!! Открыть пипетку и выпустить щелочь в кислоту. Промыть пипетку, приподнимая и опуская ее в стакане. По-прежнему через каждые 30 секунд записывать показания термометра Бекмана до установления до установления равномерного изменения температуры в калориметрической установке (главный период).

10. Получить еще 10 показаний при равномерном изменении температуры в калориметрической установке (конечный период).

Экспериментальные данные:

1. Исследуемая кислота: H2SO4 (серная кислота)
2. Концентрация раствора кислоты Ск=0.1 моль/л
3. Концентрация раствора щелочи
4. Объем щелочи Vщ = 20 мл.
5. m р-ра Н2SO4 = 300 г
6. m щ = 20.58 г
7. Масса стеклянного внутреннего стакана + масса стеклянной палочки + масса пипетки mст =342,94 г
8. Объем ртутного баллона термометра Бекмана VHg=3.5 мл
9. Измерения температуры:

Время, с	Температура, °Б	Время, с	Температура, °Б	Время, с	Температура, °Б
Начальный период		Главный период		Конечный период
0	2,8	300	4,03	390	5,01
30	3,65	330	5,0	420	5,0
60	4,0	360	5,02	450	4,99
90	4,03			480	4,98
120	4,03			510	4,97
150	4,03			540	4,96
180	4,03			570	4,96
210	4,03			600	4,95
240	4,03			630	4,94
270	4,03			660	4,94
				690	4,93
				720	4,93

10. Построим график зависимости Т = f(τ), отражая показания температуры по начальному и конечному периодам:

DТ1=1 0Б

 

11. Рассчитываем теплоемкость калориметрической установки по уравнению:

, Дж/К,

где Cр-р – удельная теплоемкость раствора, 4,18 Дж/г×К; mp-p – масса раствора во внутреннем стакане, г; mщ – масса раствора щелочи в пипетке, г; СHg – объемная теплоемкость ртути и стекла, 1,92 Дж/см3×К, VHg – объем баллона термометра, содержащего ртуть, мл; Cст – удельная теплоемкость стекла, 0,79 дж/г×К; m – общая масса стеклянных частей калориметрической установки, г.

Сcal = 4,18(300+20,58)+1,92*3,5+0,79*342,94 = 1617,66 Дж/К

 

12. Рассчитаем количество вещества щелочи в пипетке:

 

,

где Сm – моляльная концентрация раствора щелочи (NaOH), моль/кг; – масса раствора щелочи, кг; Мщ – молярная масса щелочи, моль/кг.

 

Переведем концентрацию щелочи из молярной концентрации в моляльную:

 

 

 

 

 

 

 

13. Вычислим тепловой эффект процессов нейтрализации и диссоциации по уравнению:

, Дж/моль,

где nщ – количество вещества щелочи в пипетке, моль

 

 

 

14. Использую справочные данные, было выяснено, что  процесса нейтрализации Н+ + ОН- = Н2О  равна – 55,9 кДж/моль

 

15. Оценим относительную инструментальную ошибку:

.

Относительную погрешность расчетного определения теплоемкости системы обычно принимают равной 3 %; погрешность определения температуры определяется ценой деления термометра Бекмана (0,005°Б), массы – технической характеристикой весов (0,01 г).

 

 

 

 

 

 

16. Рассчитаем абсолютную погрешность

 

δΗ = 0,0071*(-84253,125)= - 598,2 Дж/моль;

= - 84253,125 ±598,2 Дж/моль.

 

 

Вывод: в ходе лабораторной работы, а затем обработки экспериментальных данных был вычислен тепловой эффект нейтрализации слабой кислоты щелочью и он составил

= - 84253,125 ±598,2 Дж/моль.