Файл: 2 часть Лабораторный практикум ФизХимия.pdf

- рассчитать концентрацию соли в конечном состоянии системы, определить интегральную теплоту растворения 1 моль соли в 1000 г воды и, сопоставив полученные результаты со справочными данными (табл. 31 - 33, стр. 46 - 48 [1]), рассчитать ошибку опыта.

- по известному значению молекулярной массы соли рассчитать мольную теплоту растворения.

Все результаты измерений и расчетов заносятся в табл.I.2.

I.8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТЫ РЕАКЦИИ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ

Цель работы: Экспериментально определить теплоту нейтрализации сильной кислоты сильным основанием

Реактивы: дистиллированная вода, 0,2 М HCl, гранулированная

КОН.

Оборудование: Работа выполняется на той же установке, на которой проводилось растворение соли в воде, мерные колбы на 50, 10, 250 мл, мерный цилиндр, воронка, пробирка с пробкой, весы.

Порядок выполнения работы:

Рассмотрим еще один процесс − реакцию нейтрализации на примере взаимодействия разбавленных растворов сильной кислоты и сильного основания.

HCl aq + KOH aq = KCl aq + H2O

Оба компонента полностью диссоциированы в растворе, поэтому реакцию в ионной форме можно записать так:

Это уравнение отвечает реакции нейтрализации. Оно справедливо для всех реакций между сильной кислотой и сильным основанием, а, следовательно, энтальпия этих реакций будет одна и та же.

Для определения теплоты нейтрализации необходимо сначала экспериментально найти теплоту растворения гранулированной щелочи в воде, а затем в растворе кислоты. Определение теплоты растворения щелочи в воде проводится точно так же, как описано в разд.1.7 для теплоты растворения соли. Растворитель - дистиллированная вода. Объем воды и примерную навеску гранул щелочи определяет преподаватель. При работе на установке с КСП-4 пишущий узел прибора перед началом записи

14

www.mitht.ru/e-library

изменений температуры системы устанавливается на 15 - 20 делений диаграммной бумаги, так как температура системы при растворении щелочи повышается.

Определение теплоты растворения щелочи в кислоте проводится точно так же, с тем лишь отличием, что в качестве растворителя используется раствор, приготовленный из 250 или 350 мл дистиллированной воды и 50 мл 0,2 М соляной кислоты. Перед доведением до метки в колбу с дистиллированной водой добавляют 3 -4 капли кислотно-основного индикатора или фенолфталеина для контроля полноты последующей нейтрализации. Количество щелочи и место установки пишущего узла прибора такие же, как при растворении щелочи в воде.

Появление (в случае фенолфталеина) или изменение окраски индикатора после полного растворения щелочи в растворе кислоты указывает на то, что вся взятая кислота нейтрализована щелочью. Растворение щелочи в кислоте согласно закону Гесса может быть обобщенно представлено двух стадийным процессом: растворением щелочи в воде и последующей нейтрализацией кислоты щелочью в растворе. Алгебраическая сумма тепловых эффектов стадий равна тепловому эффекту процесса растворения щелочи в кислоте, определяемому экспериментально. Для того чтобы найти теплоту нейтрализации взятого количества кислоты, необходимо из величины теплоты растворения щелочи в кислоте вычесть теплоту растворения той же навески щелочи в воде

∆нейтр h = (qр.к - qр.в)mр.к , (Дж) (I.6)

где ∆h нейтр- удельная теплота нейтрализации взятого количества кислоты, qр,к- удельная теплота растворения щелочи в кислоте,

qр.в- удельная теплота растворения щелочи в воде, mр.к- навеска гранул щелочи, растворенная в кислоте.

Найденная величина может быть пересчитана на 1 моль кислоты по уравнению:

где ∆ нейтрH - теплота нейтрализации 1 моля одноосновной сильной кислоты,

V - объем взятого в опыте раствора кислоты (50 мл),

(М) - концентрация этого раствора кислоты в моль/л (0,2 М).

Все расчеты проводятся с учетом знаков удельных теплот растворения щелочи в воде и кислоте

Полученные в результате экспериментов данные заносятся в

табл.I.2.

При защите лабораторной работы студенту необходимо:

15

www.mitht.ru/e-library

- по графику определить изменение температуры при растворении щелочи в воде и рассчитать удельную теплоту ее растворения в воде,

-по графику определить изменение температуры при растворении щелочи в растворе кислоты и рассчитать удельную теплоту этого процесса,

-рассчитать мольную теплоту реакции нейтрализации, сравнить с теоретическим значением этой величины и провести анализ источников ошибок при определении теплового эффекта реакции нейтрализации,

-объяснить отличие теплового эффекта этой реакции от теплоты

образования воды, приведенного в справочнике (стр. 77 [1] ).

I.9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТЫ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ СЛАБОЙ КИСЛОТЫ СИЛЬНЫМ ОСНОВАНИЕМ

Цель работы: Определение теплоты нейтрализации слабой кислоты сильным основанием.

Реактивы: дистиллированная вода, 0,3 М СН3СООН, гранулированная КОН.

Оборудование: работа выполняется на той же установке, что и предыдущая.

Порядок выполнения работы: работа выполняется так же, как и реакция нейтрализации сильной кислоты сильным основанием.

Когда в реакции участвует слабая кислота, или слабое основание, или оба компонента относятся к слабым электролитам, то тепловой эффект реакции нейтрализации не будет отвечать, приведенному выше. Студентам предлагается самостоятельно рассмотреть реакцию нейтрализации с участием слабой кислоты и объяснить различия в значениях тепловых эффектов этих реакций.

При выполнении этой работы и расчетах можно использовать значение удельной теплоты растворения щелочи в воде из предыдущей работы.

При защите работы студент должен:

- написать реакцию нейтрализации слабой кислоты сильным основанием в обычной и ионной формах.

-записать реакцию нейтрализации по стадиям и в соответствии с законом Гесса написать выражение для энтальпии этой реакции.

-сравнить значение энтальпии реакции нейтрализации для сильных кислоты и основания и для слабой кислоты и сильного основания. Рассчитать по этим данным теплоту диссоциации слабой кислоты.

Все полученные экспериментальные данные заносятся в табл.I.2.

16

www.mitht.ru/e-library

I.10. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТЫ ОБРАЗОВАНИЯ КРИСТАЛЛОГИДРАТА

Цель работы: Экспериментально определить теплоты растворения CuSO4•5H2O и безводной соли CuSO4

Реактивы: дистиллированная вода, безводный CuSO4 и

CuSO4•5H2O.

Оборудование: Работу можно выполнять на любой из установок, технические весы, мерные колбы на 50, 100 и 250 мл.

Порядок выполнения работы:

Для определения теплоты образования кристаллогидрата проводятся определения теплот растворения безводной соли и ее кристаллогидрата так, как описано в работе 1.7.

Запишите по стадиям процесс растворения веществ, начиная с реакции образования кристаллогидрата из безводной соли. Сравните исходные и конечные состояния. Вычислите теплоту образования кристаллогидрата используя закон Гесса.

При проведении эксперимента количества безводной соли и кристаллогидрата задаются преподавателем. Запись изменений температуры системы для КСП-4 при растворении безводной соли начинается с 15 - 20 делений диаграммной бумаги, а при растворении кристаллогидрата - с 75 - 80 делений. Результаты измерений также заносятся в таблицу 2. Порядок выполнения работы такой же, как и при определении теплоты растворения соли в воде.

К защите работы необходимо:

-по графику определить изменение температуры при растворении кристаллогидрата, рассчитать его концентрацию и интегральную теплоту растворения

-графическим методом определить изменение температуры при растворении безводной соли, ее концентрацию и интегральную теплоту растворения

-по полученным данным рассчитать теплоту реакции образования кристаллогидрата и сравнить полученные данные со справочными значениями (см. справочник Табл.33 стр.48).

-рассчитать абсолютные и относительные ошибки и объяснить их источники

По завершении работы все приборы должны быть выключены, КСП-4 - закрыт, посуда и реактивы сданы лаборанту в том числе и магнит, выполнявший роль мешалки. Рабочее место приведено в порядок.

17

www.mitht.ru/e-library

Таблица I.2 Результаты измерений в лабораторной работе «ТЕРМОХИМИЯ»

1.- постоянной калориметра

2.- теплоты растворения соли в воде

3.- теплоты растворения щелочи в воде

4.- теплоты растворения щелочи в сильной кислоте

5.- теплоты растворения щелочи в слабой кислоте

6.- теплоты растворения безводной соли в воде

7.- теплоты растворения кристаллогидрата в воде

18

www.mitht.ru/e-library

Тема II. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ

II.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТАНТ РАВНОВЕСИЯ РЕАКЦИИ КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЯ

Цель работы: определение констант равновесия реакции комплексообразования в растворе, изучение зависимости ее от температуры и определение термодинамических характеристик реакции комплексообразования.

Реактивы: дистиллированная вода, раствор Co(SCN)2 0,001 г/мл , раствор KSCN 0,05 г/мл, ацетон,

Оборудование: фотоэлектрический спектрофотометр, мерные колбы на 25 мл, пипетки, кюветы, термостат,

Порядок выполнения работы:

Многие металлы образуют в растворах комплексные ионы, прочность которых характеризуют константой устойчивости. В случае образования моноядерного комплекса уравнение реакции имеет вид

Мх++nR-↔MR (nx −n) +

где М - металл-комплексообразователь, R - лиганд,

n - число лигандов в комплексном ионе.

Константа равновесия KC, называемая в данном случае также константой устойчивости комплекса βn, равна:

Для определения константы устойчивости мало прочных комплексов можно применить графический метод Бента и Френча. После логарифмирования обеих частей уравнения (II.1) получим следующее выражение:

В этом случае отрезок, отсекаемый прямой на оси ординат, равен lnβn, что позволяет вычислить константу устойчивости.

Равновесие реакции комплексообразования исследуют на примере реакции кобальта (11) с тиоцианатом в водно-ацетоновых растворах

Co2+ + 4SCN- ↔ Co(SCN) 24−

19

www.mitht.ru/e-library