Теоретическое введение. Химические процессы, протекающие с выделением или поглощением теплоты

Химические процессы, протекающие с выделением или поглощением теплоты, называются соответственно экзотермическими или эндотермическими, а количество выделившейся или поглощенной теплоты – тепловым эффектом процесса. Знак «минус» соответствует уменьшению энтальпии системы (экзотермический эффект). Знак «плюс» - увеличению энтальпии (эндотермический эффект). Основой термохимических расчетов служат закон Гесса и следствия из него.

Закон Гесса: Тепловой эффект химической реакции зависит от природы и физического состояния исходных веществ и продуктов реакции, но не зависит от пути ее проведения.

Следствие из закона Гесса: Тепловой эффект химической реакции равен сумме теплот образования продуктов реакции за вычетом суммы теплот образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов.

DHх.р. = - ,

где - сумма теплот образования продуктов реакции,

- сумма теплот образования исходных веществ.

Теплота образования – тепловой эффект реакции образования 1моля сложного вещества из простых веществ, устойчивых при стандартных условиях. Стандартная теплота образования обозначается DН^о₂₉₈ или DН^о ( р=101,3 кПа, Т=298К). Теплоты образования простых веществ принимаются равными нулю.

Тепловой эффект химической реакции, можно определить опытным путем с помощью калориметрических измерений.

Согласно теории электролитической диссоциации нейтрализация любой сильной кислоты любым сильным основанием в разбавленном растворе отвечает уравнению Н⁺+ОН^– = Н₂О. Количество тепла, выделяющегося при взаимодействии одного моль - эквивалента сильной кислоты с одним моль-эквивалентом сильного основания, называется теплотой нейтрализации.

Возможность самопроизвольного протекания реакции при Р, Т=const определяют с учетом изменения энергии Гиббса (изобарно-изотермического потенциала) DG.

DG =DH-TDS,

где DH- изменение энтальпии, Т-температура, ΔS- изменение энтропии.

Изменение энтропии можно также рассчитать по следствию из закона Гесса:

DS = - ,

где - сумма стандартных энтропий продуктов реакции,

- сумма стандартных энтропий исходных веществ.

Если DG<0, то реакция протекает самопроизвольно. Если DG>0, то процесс самопроизвольно проходить не может.

Выполнение опытов

Опыт 1Исследование теплового эффекта реакции нейтрализации сильной кислоты сильным основанием

Цель работы:

1. Опытным путем определить тепловой эффект реакции нейтрализации 0,5М раствора соляной кислоты 0,5 М раствором гидроксида натрия.

2. Проверить применимость термодинамических функций для определения направления самопроизвольного протекания реакции.

Приборы и реактивы: Калориметр, термометр, 2 мерных сосуда, растворы гидроксида натрия NaOH (0,5М) и хлороводородной кислоты HCl (0,5М).

Ход работы:

- Отмерить мерным сосудом 20 мл кислоты и вылить в калориметрический сосуд.

- Погрузить в калориметр термометр и через1-2 минуты записать температуру Т₁ раствора.

- Затем отмерить другим цилиндром 20мл щелочи, вылить в калориметрический сосуд.

- Осторожно перемешивая смесь термометром, отметить максимальное показание термометра. Записать значение Т₂.

- Произвести расчеты по следующей схеме:

1. Разница температур: ΔТ = Т₂ – Т_1.

2. Масса жидкости в калориметрическом сосуде:

,

где - объем раствора, см³, - плотность раствора, г/см³ ( принять равной 1 г/см³ ввиду сравнительно малой концентрации растворов).

3. Количество теплоты: ,

где С – удельная теплоемкость (С системы равна 4,18 )

4. Количество молей нейтрализованной кислоты (щелочи) или число молей полученной воды:

,

где С_М – молярная концентрация раствора кислоты (щелочи), ;

V – объем раствора, л.

5. Тепловой эффект реакции:

6. Относительная ошибка опыта:

, где - величина стандартной теплоты нейтрализации ( = -57,4 );

- величина теплоты нейтрализации, найденная опытным путем.

7.Записать термохимическое уравнение реакции нейтрализации в молекулярном и ионном виде.

8. Рассчитать изменение энтропии реакции, используя следствие из закона Гесса, (величины стандартных энтропий участников реакции даны в таблице 1). Объяснить причины убыли энтропии в процессе нейтрализации сильной кислоты сильным основанием

9. Определить изменение энергии Гиббса реакции нейтрализации:

, где Т – стандартная температура, К.

- Сделать выводы.

Таблица 1.