Определить тепловой эффект (энтальпию) реакции нейтрализации и сделать соответствующие выводы, используя законы термодинамики.

Задание на работу.

Опыты по определению энтальпии химических реакций проводятся в калориметрах различной конструкции. В лабораториях используется простейший калориметр, который состоит из наружного стакана 1 емкостью 500 мл, изотермической крышки 6 наружного стакана, внутреннего сосуда 2 емкостью 250 мл, который сверху закрывается изотермической крышкой 5 с тремя отверстиями: для стеклянной мешалки 4 , термометра 3 с ценой деления 0,001°С и пробирки 7 (если пробирка для работы не нужна, то отверстие закрывается пробкой). В отверстие для пробирки, когда нужно, может вставляться воронка.

Опыт 1.

Нейтрализация серной кислоты едким натром в две стадии. Проводить опыт в следующем порядке:

в калориметр отмерить 50мл одномолярного растворасерной кислоты Н 2 SO 4 ;

t 1 в калориметре;

быстро (и без потерь) влить в кислоту 25мл двумолярного раствора щелочи NaOH из сосуда и осторожно перемешать полученный раствор кислой соли NаHSO 4 (объем V 1);

определить температуру t 2 раствора после реакции, которая протекает по уравнению:

H 2 SO 4 + NaOH = NaНSO 4 + H 2 O ΔH 1 = ? (1)

где H 1 - теплота реакции;

t 1 =t 2 -t 1 иобъемV 1 полученного раствора;

к полученному раствору NaНSO 4 быстро прилить оставшиеся 25 мл раствора щелочи, перемешать и определить температуру раствораt 3 . В данном случае кислая соль превращается в среднюю по реакции:

NaHSO 4 + NaOH = Na 2 SO 4 + H 2 O ΔH 2 = ? (2)

где H 2 - теплота реакции;

определить разность температур t 2 =t 3 ‑t 2 иобъемV 2 полученного раствора;

результаты опыта занести в табл. 1;

Опыт 2.

Нейтрализация серной кислоты едким натром одну стадию. Проводить опыт в следующем порядке:

в калориметр отмерить 50мл одномолярного растворасерной кислоты Н 2 SO 4 ;

измерить температуру раствора кислоты t 4 в калориметре;

быстро (и без потерь) влить в кислоту 50мл двумолярного раствора щелочи NaOH из сосуда и осторожно перемешать полученный раствор средней соли Nа 2 SO 4 ;

определить температуру t 5 раствора реакции полной нейтрализации,

H 2 SO 4 + 2NaOH = Na 2 SO 4 + 2H 2 O ΔH 3 = ? (3)

где H 3 - теплота реакции;

определить разность температур t 3 =t 5 -t 4 иобъемV 3 полученного раствора;

результаты опыта занести в табл. 2;

вычислить энтальпию (H 1 ,H 2 ,H 3) реакции нейтрализации по формуле:

ΔH = V ∙ d ∙ C ∙ Δt ∙ 10 ∙ 0,001, (4)

где H - соответствующая теплота реакции;

V - объем полученного раствора соли, мл;

d - плотность данного раствора, г/см 3 ;

С - удельная теплоемкость раствора, Дж (ккал);

t - соответствующая разность наблюдаемых температур до реак­ции и после реакции, °С;

10 - коэффициент пересчета теплоты реакции на один эквивалент, взятой для нейтрализации кислоты;

0,001 - коэффициент пересчета, кДж (ккал);

вычислить суммарную теплоту H 1 +H 2 реакции нейтрализации;

сравнить значение суммарной теплоты реакции H 1 +H 2 со значением H 3 и сделать соответствующие выводы;

вычислить абсолютную и относительную ошибки определения теплоты реакции (3);

записать уравнения реакций (1), (2) и (3) в виде термохимических уравнений.

Приборы и реактивы:

Калориметр, технические весы, пробирки, штатив для пробирок, химические стаканы, дистиллированная вода, двумолярный (2М) раствор едкого натра, одномолярный раствор (1М) серной кислоты H 2 SO 4

Результаты работы

Результаты опыта 1, исходные и расчетные данные, полученные по формуле (4) приведены в табл. 1.

Таблица 1

раствора V ,		Разность температур ∆t ,	Плотность раствора d ,	Теплоемкость С,	Наблюдаемая теплота ∆H,
		∆t 1 = 9,968
		∆t 2 = 2,708
∆H 1 + ∆H 2 = 59,954

Результаты опыта 2, исходные и расчетные данные, полученные по формуле (4) приведены в табл. 2

Таблица№2

Как видно из результатов расчета, величина H 3 близка по значению к сумме величинH 1 иH 2 и отличается от нее на 0,816 кДж/моль или на 1,3%. Это может быть связано с погрешностью измерений температуры, объемов реагентов и тепловыми потерями через поверхность калориметра.

H 2 SO 4 + NaOH = NaHSO 4 + H 2 O, ∆H 1 = ‑ 40,907 кДж

NaHSO 4 + NaOH = Na 2 SO 4 + H 2 O, ∆H 2 = - 19,047 кДж

2NaOH + Na 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + 2H 2 O, ∆H 3 = - 60,770 кДж

Вывод по работе

Рассчитав тепловые эффекты реакций нейтрализации, которые проводились в две и в одну стадию и, проанализировав полученные результаты, мы убедились в справедливости закона Гесса.

Согласно закону Гесса тепловой эффект химической реакции, протекающей при постоянном объеме или при постоянном давлении, не зависит от пути реакции, а зависит только от природы исходных и конечных веществ и их состояния.

Литература

Смирнов Г.В., Якунина Г.М.

Химия: Учебно-методическое пособие. - Томск: Томский межвузовский центр дистанционного образования, 2000. - 149 с.

Смирнов Г.В., Якунина Г.М.

Химия: Учебное пособие. - Томск: Томский межвузовский центр дистанционного образования, 2000. - 157 с.

Серная кислота H 2 SO 4 - одна из сильных двухосновных кислот. В разбавленном состоянии она окисляет почти все металлы, кроме золота и платины. Интенсивно реагирует с неметаллами и органическими веществами, превращая некоторые из них в уголь. При приготовлении раствора серной кислоты всегда надо её приливать к воде, а не наоборот, во избежание разбрызгивания кислоты и вскипания воды. При 10 °С затвердевает, образуя прозрачную стекловидную массу. При нагревании 100-процентная серная кислота легко теряет серный ангидрид (триокись серы SO 3) до тех пор, пока её концентрация не составит 98 %. Именно в таком состоянии её обычно и используют в лабораториях. В концентрированном (безводном) состоянии серная кислота - бесцветная, дымящаяся на воздухе (из-за паров), маслянистая жидкость с характерным запахом (Т кипения=338 °С). Она является очень сильным окислителем. Это вещество обладает всеми свойствами кислот:

Химические свойства серной кислоты

H 2 SO 4 + Fe → FeSO 4 + H 2 ;

2H 2 SO 4 + Cu → CuSO 4 + SO 2 +2H 2 O - в этом случае кислота является концентрированной.

H 2 SO 4 + CuO → CuSO 4 + H 2 O

Получающийся раствор синего цвета - CuSO 4 - раствор медного купороса. Серную кислоту еще называют купоросным маслом , так как при реакциях с металлами и их оксидами образуются купоросы. Например, при химической реакции с железом (Fe) - образуется светло-зелёный раствор железного купороса.

Химическая реакция с основаниями и щелочами (или реакция нейтрализации)

H 2 SO 4 + 2NaOH → Na 2 SO 4 + 2H 2 O

Сернистая кислота (или правильнее сказать - раствор сернистого газа в воде) образует два вида солей: сульфиты и гидросульфиты . Эти соли являются восстановителями.

Н 2 SO 4 + NaOH → NaНSO 3 + Н 2 O - такая реакция протекает при избытке сернистой кислоты

Н 2 SO 4 + 2NaOH → Na 2 SO 3 + 2Н 2 O - а эта реакция протекает при избытке едкого натра

Сернистая кислота обладает отбеливающим действием. Всем известно, что подобным действием обладает и хлорная вода. Но отличие заключается в том, что в отличии от хлора сернистый газ не разрушает красители, а образует с ними неокрашенные химические соединения!

Кроме основных свойств кислот сернистая кислота способна обесцвечивать раствор марганцовки по следующему уравнению:

5Н 2 SO 3 +2KMnO 4 → 2 Н 2 SO 4 +2MnSO 4 +K 2 SO 4 +Н 2 O

В этой реакции образуется бледно-розовый раствор, состоящий из сульфатов калия, марганца. Окраска обусловлена именно сульфатом марганца.

Сернистая кислота способна обесцветить бром

Н 2 SO 3 + Br 2 + Н 2 O → Н 2 SO 4 + 2HBr

В этой реакции образуется раствор, состоящий сразу из 2-х сильных кислот: серной и бромной.

Если хранить сернистую кислоту при доступе воздуха, то этот раствор окисляется и превращается в серную кислоту

2Н 2 SO 3 + O 2 → 2Н 2 SO 2

Инструкция

Поскольку сульфат натрия - это соль, образованная сильным основанием NaOH и сильной кислотой H2SO4, ее раствор имеет показатель рН, близкий к нейтральному. То есть индикаторы типа лакмуса и фенолфталеина в этой соли не меняют цвет.

В лабораторных условиях, можно получить сульфат натрия , воздействуя серной кислотой на соду кальцинированную (натрий углекислый). Реакция идет до конца, поскольку в результате образуется угольная , которая сразу же разлагается на воду и углекислый газ:
H2SO4 + Na2CO3 = Na2SO4 + H2CO3
H2CO3 = H2O + CO2

Полезный совет

Сульфат натрия используется во многих отраслях промышленности. Главным образом, при производстве моющих средств (как один из компонентов), а также при производстве стекла. Натрий сернокислый также находит применение в целлюлозно-бумажной промышленности, при производстве текстиля, обработке кожи и т.д. В лабораторном деле сульфат натрия широко используется для осушения органических растворителей. Может применяться также в пищевой промышленности, как добавка, код по международной номенклатуре – Е514. До сих пор находит ограниченное применение в медицине и ветеринарии.

Сульфат натрия (он же – натрий сернокислый, устаревшее название - «глауберова соль») имеет химическую формулу Na2SO4. Внешний вид – бесцветное кристаллическое вещество. Сульфат натрия широко распространен в природе в виде уже упоминавшийся «глауберовой соли», представляющей собой соединение этой соли с десятью молекулами воды: Na2SO4х10Н2О. Также встречаются минералы другого состава. Допустим, имеется целый ряд навесок солей, сходных по внешнему виду, и поставлена задача: определить, какая именно из них – натрий сернокислый.

Инструкция

Прежде всего, вспомните, что сульфат – это соль, образованная сильным основанием (NaOH) и сильной кислотой (H2SO4). Поэтому ее раствор должен иметь рН, к нейтральному показателю (7). Разведите небольшое количество каждой соли в воде и с помощью индикаторов и фенолфталеина определите, какова в каждой пробирке. Запомните, что лакмус в кислой среде принимает красный оттенок, а фенолфталеин становится малиновым в щелочной.

Те пробы, в которых цвет индикаторов изменился, отставьте – в них точно нет натрия сернокислого. Вещества, рН растворов которых близок к нейтральному, подвергнете качественной реакции на сульфат-ион. Иными , прилейте к каждой пробе немного раствора хлористого бария. Та проба, где мгновенно образовался плотный белый осадок, наверняка содержит этот ион, потому что произошла такая реакция:Ba2+ + SO42- = BaSO4.

Остается выяснить, содержало ли , помимо сульфат-иона, еще и ион натрия . Может это был сернокислый калий или сернокислый литий, к примеру. Для этого небольшое количество сухого вещества, относящегося к этой пробе, поместите в пламя горелки. Если вы увидите ярко-желтую окраску – это наверняка ион натрия . Если же цвет будет ярко-красным – это литий, а темно-пурпурным – калий.

Из всего следует, что признаками, по которым можно