Лабораторна робота № 1

ЕНЕРГЕТИКА ХІМІЧНИХ ПРОЦЕСІВ

Теоретична частина. Хімічні реакції найчастіше супроводжуються тепловими явищами, що вивчаються в особливому розділі хімії – термохімії. У цьому розділі використовують термохімічні рівняння, у яких зазначено тепловий ефект реакції. Тепловий ефект реакції – це кількість теплоти, що виділяється або поглинається в реакції при сталому тиску або об’ємі, причому продукти реакції мають таку ж температуру, що й вихідні речовини. Термохімічні розрахунки виконують за законом Гесса: тепловий ефект хімічної реакції при постійному тиску й об’ємі не залежить від способу її проведення, а залежить лише від початкового та кінцевого стану реагуючих речовин.

Тепловий ефект реакції залежить від природи реагуючих речовин та їх агрегатних станів, тому в термохімічних рівняннях символами (г, р, т) позначають стан речовин – газоподібний, рідкий, твердий. Згідно з наслідком із закону Гесса: DH = ∑n_прод. H – ∑n_вих. H , тобто стандартна ентальпія реакції дорівнює різниці між сумою стандартних ентальпій утворення продуктів реакції (H ) та сумою стандартних ентальпій утворення вихідних речовин (H ), помножених на відповідні стехіометричні коефіцієнти (n). Якщо ентальпія реакції є меншою від нуля DH   0, то реакція екзотермічна (виділення теплоти), якщо ентальпія реакції більше нуля DH   0, то реакція ендотермічна (поглинання теплоти).

Стандартною ентальпією утворення називається кількість теплоти, яка виділяється або поглинається під час утворення 1 моль речовини з простих речовин.

Стандартний стан у термохімії: температура 298 К, тиск 101,325 кПа. Стандартну ентальпію утворення простих речовин, які перебувають у стабільній модифікації, приймають за нуль.

Ентропія S – це функція стану, що характеризує прагнення системи до розупорядкування та зниження стійкості. Ентропію реакції можна визначити як різницю між сумою ентропій продуктів реакції та сумою ентропій вихідних речовин DS = ∑n_прод. S – ∑n_вих. S _.

Енергія Гіббса DG є критерієм напрямку перебігу процесу. Якщо DG  0 – процес самодовільний, якщо DG = 0, то система перебуває у стані рівноваги, якщо DG  0 – процес несамодовільний. Енергія Гіббса також підпорядковується наслідку закону Гесса:

DG_x = ∑n_прод. – ∑n_вих. .

Дослід 1. Визначення теплового ефекту хімічної реакції

Обладнання та реактиви: калориметр, циліндр, термометр, розчин з молярною концентрацією натрій гідроксиду 1 моль/л, розчин з молярною концентрацією хлоридної кислоти 1 моль/л.

Хід роботи

1. Зважте внутрішню склянку калориметра на технохімічних вагах.

2. Відміряйте циліндром 50 мл розчину натрій гідроксиду (NaOH), внесіть його в склянку і визначте температуру.

3. Відміряйте циліндром 50 мл розчину хлоридної кислоти (HCl).

4. Обполоскавши термометр дистильованою водою, опустіть його в розчин HCl і визначте температуру.

5. Розчин кислоти влийте у розчин лугу і простежте за зміною температури. Запишіть максимальну температуру розчину.

6. Отримані дані занесіть у таблицю 1.

Таблиця 1

Маса склянки, г	Об’єм, мл		Температура, ^0C				Загаль­на ма­са розчину (mp), г
	HCl	NaOН	початкова HCl, tпоч	початкова NaOH, tпоч	розчину, tmаx	Dt = tmаx – tпоч

7. Виконайте розрахунки:

7.1. Теплота, що виділяється чи поглинається в калориметрі, розраховується за формулою:

Q = (m_p · C_p + m_ск · С_ск) · Dt, де m_p – маса розчину (г), C_p – питома теплоємність розчину дорівнює питомій теплоємності води, тобто 4,184 Дж/(г·К), m_ск – маса склянки (г), С_ск – питома теплоємність скла дорівнює 0,753 Дж/(г·К).

_____________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________7.2. Обчисліть кількість еквівалентів речовини (кислоти чи лугу), що приймає участь в реакції

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________7.3. Обчисліть теплоту нейтралізації для 1 моль еквівалентів кислоти (чи лугу).

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________DН = – Q

7.4. Обчисліть тепловий ефект реакції нейтралізації одного еквівалента сильної кислоти (чи лугу). Обчисліть теоретичне значення теплового ефекту реакції Н⁺_(р) + ОН^–_(р) = Н₂О_(р) за стандартними величинами ентальпії утворення речовин (DН  = –286,0 кДж/моль; DН  = – 230,2 кДж/моль; DН = 0).

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

8. Визначте відносну похибку досліду за формулою:

Висновок: ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________