4.3. Рабочее задание Определение теплоты нейтрализации сильной кислоты сильным основанием

Для измерения теплового эффекта реакции нейтрализации сильной кислоты сильным основанием в разбавленном растворе

(4.4)

используют калориметрическую установку: в наружном сосуде находится калориметрический стакан, закрытый крышкой, в который вставлены термометр и мешалка.

Перед тем как приступить к работе, получите у преподавателя вариант задания (табл. 4.1).

Таблица 4.1

Вариант задания	Объем NaOH, мл
1	80
2	100
3	120
4	140
5	150

Отмерьте мерным цилиндром заданный объем раствора щелочи с молярной концентрацией 1 моль/л, вылейте его в калориметрический стакан. Отметьте температуру Т₁. Затем добавьте такой же объем серной кислоты с молярной концентрацией 0,5 моль/л, закройте стакан крышкой и, энергично перемешивая, отметьте максимальное значение температуры – Т₂.

По полученным данным рассчитайте:

а) разницу температур (Т₂ – Т₁);

б) суммарную массу (m₂) находящегося в калориметрическом стакане раствора, приняв его плотность равной 1 г/см³;

в) количество теплоты (q), выделившейся при взаимодействии взятых объемов NaOH и H₂SO₄:

q = - [(c1m1 + c2m2)  (T2 – T1)] Дж,

(4.5)

где с₁ – удельная теплоемкость стекла (с₁ = 0,75 Дж/гК);

с₂ – удельная теплоемкость раствора (с₂ = 4,18 Дж/гК);

m₁ – масса калориметрического стакана (указана на стакане).

Рассчитайте число моль нейтрализованной щелочи или число моль полученной воды – :

,

где С_щел. – молярная концентрация раствора щелочи, показывающая число ее моль в 1 л раствора (моль/л);

V_щел. – объем щелочи, взятый для опыта (л).

Теплоту нейтрализации 1 моль сильной кислоты сильным основанием в условиях эксперимента рассчитайте по формуле

кДж/моль.

Экспериментально полученную теплоту нейтрализации сравните со стандартным значением . Запишите термохимическое уравнение реакции нейтрализации.

Расчет энергии Гиббса реакции нейтрализации

Согласно теории электролитической диссоциации уравнение процесса (4.4) можно записать в сокращенной ионной форме:

Рассчитайте изменение свободной энергии Гиббса реакции нейтрализации по формуле (4.3), используя стандартные значения энтропий и энтальпий компонентов системы (табл. 4.2).

Таблица 4.2

Термодинамическая функция	Н+ (ж)	ОН- (ж)	Н2О (ж)
	0	– 230,0	– 286,0
	– 14,2	– 10,5	70,0

На основании проведенного эксперимента и теоретического расчета сделайте вывод о возможности самопроизвольного протекания реакции нейтрализации в стандартных изобарно-изотермических условиях.

4.4. Выводы

Сформулируйте основные законы термодинамики.

Назовите критерии самопроизвольного протекания процессов в изолированных и открытых системах.