Расчёт теплового эффекта реакции нейтрализации
Отчёт
По лабораторной работе №3
«Химическая термодинамика»
Выполнил:
студент гр. ТМ-108
Тимербаев Рафаэль
Проверил:
преподаватель
Муллаянов Р.Х.
2008 г.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3.
«Химическая термодинамика»
Цель работы: определение тепловых эффектов и направления химических процессов.
Краткая теория
Химическая термодинамика изучает превращение энергии химических реакций в другие виды – тепловую, электрическую, лучевую.
Химические вещества и системы могут характеризоваться термодинамическими функциями, которые имеют такое же значение, как понятие молекулярная и атомная масса, плотность. В химической термодинамике рассматриваются начальные и конечные состояния химических систем, их превращения, предсказывается изменение энергий этих превращений независимо от характера изменений, скорости реакций и природы промежуточных продуктов, образовавшихся в результате реакции.
Химические процессы, протекающие с выделением тепла, называются экзотермическими.
Химические процессы, протекающие с поглощением тепла, называются эндотермическими.
Первый закон термодинамики:
Q= U+A
Для изобарных систем (p-const) тепловой эффект проявляется как изменение энтальпии (Н)
Н=U+pV
Химические уравнения с приведенными тепловыми эффектами Q и Н называются термохимическими.
Тепловой эффект химической реакции не зависит от промежуточных стадий процесса.
Закон Гесса
aA+bB=cC+dD+Н0298 к.р.
Н0298 к.р.=d Н0298 обр.D + c Н0298 к.р.C - aН0298 обр.А - b Н0298 обр.В
Н0298 к.р.=1U1 Н0298 обр.пр. - 2 U2Н0298 обр.исх.в.
По закону Гесса можно определить теплоту образования неустойчивых соединений, теплоту фазовых и агрегатных переходов.
Энтропия – логарифмическая функция вероятности существования системы, определяющая меру беспорядка в системе.
S=R * ln беспорядок системы в конечном состоянии
беспорядок системы в исходном состоянии
S=R *2,303*lg V2/V1
Для измерения тепловых эффектов используют калориметры. Теплота, выделяемая или поглощаемая в калориметре:
Q=(c1m1+c2m2+k)*(T2-T1)
с1,с2 – удельные теплоемкости веществ
m1, m2 - массы веществ
k – постоянная калориметра
T1 , T2 – начальная и конечная температура
Экспериментальная часть
Оценка энтропии растворения соли.
Опыт проводится в упрощенном калориметре. Нальем 50 мл дистиллированной воды в реакционный сосуд. Измерим температуру воды через равные промежутки времени. Занесем эти данные в таблицу 1.
Введем капсулу с солью KCl, массой 0,5 г.
Помешаем и измерим температуру полученного раствора. Занесем данные в таблицу.
Таблица 1
, мин | ||||||||||
T1, 0C | - | - | - | - | - | |||||
T2, 0C | - | - | - | - | - | 18,8 | 18,7 | 18,8 | 18,9 | 18,9 |
Используя таблицу, построим график зависимости температуры от времени.
а) Определим тепловой эффект процесса и пересчитаем на моль вещества по формуле: Q * Mc
Н = mc * 1000 , кДж/моль (1)
Q – тепловой эффект, Дж
mс – масса соли, г
Q=(c1m1+c2m2+k)*(T2-T1) (2)
c1=4,185 кДж/кг
c2=4,103 кДж/кг
m1=50 мл=0,05 кг
m2=5 г=0,005 кг
k=150 кДж/кг
Т=5,8 0С
Подставим данные в формулу (2):
Q=(4,185*0,05+4,103*0,005+150)*(-5,8)=-871,3 кДж
Подставим данные в формулу (1):
Mc=74,5 г/моль
Н=(871,3*74,5)/(5*1000)=12,982 кДж/моль
б) рассчитаем изменение энтропии процесса по формуле:
S=R *2,303*lg V2/V1
R=8,314 Дж/моль
Нр-ра* Mc
Нm = m1 * 1000 = 193,7 кДж/моль
Ответ: Q= Дж.
Вывод: на лабораторной работе мы научились определять тепловые эффекты, рассчитывать выделенную тепловую энергию.
Расчёт теплового эффекта реакции нейтрализации
NHCl = 0.2 VHCl =8 мл NNaOH =0.4 VNaOH = 50мл МNaCl = 58 г/моль МHOH=18 г/моль
Масса соли NaCl в граммах: mNaCl = NHCl* VHCl* MNaCl/1000 = 0.2*8*58/1000= 0,1 кг
mH2O = 0.4*50*18/1000 =0.36 кг
T = 2,21-1,93 = 0,28 К
Для подсчёта Qнейтр. по формуле считается, что сNaCl = 4.103 кДж/кг. сH2O = 4.1 кДж/кг, К=239 Дж
Qнейтр. = (сH2O mH2O+ сNaCl mNaCl+K)T =(4,185*10³*0,36+4,103*10³*0,1+239)*0.45=108,4 Дж
кол-во молей соли nNaCl = (NHCl*VHCl)/1000 = 0,2*8/1000 = 0,0016 моль
Полученная величина теплового эффекта выделилась при взаимодействии объёма кислоты VHCl с молярностью М. Вычислим количество молей кислоты nHCl, вступившей в реакцию нейтрализации. Количество молей кислоты составит
nHCl = nNaCl = 0,0016 моль
Моль кислоты при реакции нейтрализации выделяет Ho298 = -57 кДж/моль. Найдем экспериментальное значение молярного теплового эффекта реакции нейтрализации по формуле
Hэкспер = Hм нейтр. / nкислоты =108,4/0,0016 = 67750Дж=67,8кДж
Вывод.
Таким образом мы получили экспериментальное значение теплового эффекта, которое отличается от экспериментального на величину теплоты разбавления кислоты при её растворении в калориметре.