Теплові ефекти хімічних реакцій

Мета: удосконалити знання про теплові ефекти хімічних реакцій та їх визначення.

Дослід 1. Проведення реакцій з різним тепловим ефектом: горіння магнію, утворення купрум (ІІ) оксиду.

Для роботи потрібні магнієві ошурки довжиною 2-3 см та мідна пластинка або мідний дротик. Внести у полум’я нагрівного приладу магнієві ошурки. Що спостерігається? Чим зумовлюється яскраве полум’я?

Внести у найгарячішу частину полум’я мідну пластинку, закріплену в тигельних щипцях або пінцеті. Що спостерігається на її поверхні?

До якого типу належать ці реакції? Чим обумовлена відмінність у їх проходженні? Із довідника випишіть значення стандартних ентальпій утворення оксидів та напишіть термохімічні рівняння реакцій.

Дослід 2. Визначення теплового ефекту реакції нейтралізації сильної кислоти лугом.

У посудину Дьюара (калориметр) налити 50 мл розчину хлоридної кислоти з концентрацією 1 моль/л і зачекати 2-3 хв поки температури посудини і розчину не зрівняються, записати температуру t_п, розчину. Потім налити через лійку 50 мл розчину натрій гідроксиду (концентрація 1 моль/л) і перемішати розчин мішалкою; визначити максимальну температуру t_к розчину. За одержаними даними розрахуйте тепловий ефект реакції нейтралізації за формулою:

Q = cVρ (t_к – t_п),

де Q – кількість теплоти, що виділяється, с – теплоємність води, с = 4, 2 кДж/(кг·К); V – загальний об’єм добутого розчину, V = 0, 1 л; ρ – густина розчину, яку приймаємо такою, що дорівнює одиниці (1 г/см ³).

Реакція відбувається згідно з рівнянням:

HCl + NaOH = NaCl + H₂O, тобто Н⁺ + ОН^- = Н₂О

Розрахований за даними досліду тепловий ефект відповідає нейтралізації 0, 05 моль кислоти.

Як правило тепловий ефект хімічної реакції (Δ _r H) відносять до 1 моль речовини. Зробіть необхідний розрахунок та порівняйте одержані значення з табличним: Δ _r Н⁰ = -57, 3 кДж/моль.

Дослід 3. Визначення ентальпії нейтралізації фосфатної кислоти натрій гідроксидом з утворенням середньої та кислих солей.

Дослід виконують у такому самому приладі, що й попередній. Налити у посудину 100 мл розчину ортофосфатної кислоти Н₃РО₄ з концентрацією 1 моль/л і визначити початкову температуру розчину. В три сухі склянки на 100 мл налити по 33, 3 мл розчину натрій гідроксиду з концентрацією 3 моль/л. Вміст кожної склянки влити почергово через лійку в посудину і визначте при цьому максимальну кінцеву температуру розчину. Результати записати в лабораторний зошит.

Визначити ентальпію нейтралізації всіх трьох стадій з розрахунку на 1 моль утвореної солі (див. попередній дослід) і пояснити отримані результати.

Завдання та запитання для самопідготовки

1. Поясніть, чому хімічні реакції відбуваються з поглинанням або виділенням тепла.

2. Дайте означення ентальпії утворення хімічної сполуки. Визначте теплоту утворення цинк сульфіду, якщо під час реакції 0, 25 г сірки з надлишком цинку виділиться 1, 6 кДж теплоти. Запишіть відповідне термохімічне рівняння.

3. Яка кількість теплоти виділиться при вибуху 1 л водню та 2 л хлору, взятих за нормальних умов, якщо теплота утворення хлороводню – 91, 8 кДж/моль?

4. Обчисліть кількість теплоти, що виділяється при згоранні 15 л (н. у.) етену, якщо стандартні ентальпії утворення С₂Н₄, Н₂О (рід.), СО₂ відповідно дорівнюють: +52, 3; -285, 8; -393, 5 кДж/моль.

5. Обчисліть стандартну ентальпію утворення Са(ОН)₂, якщо при розчиненні 16 г СаС₂ уводі виділяється 31, 4 кДж тепла. Стандартні ентальпії утворення СаС₂ (кр.), С₂Н₂ (г), Н₂О (рід.) відповідно дорівнюють: -62, 8 кДж/моль, 227 кДж/моль, -286 кДж/моль.

6. Дайте означення ентропії. Як залежить ентропія від агрегатного стану речовини?

7. Користуючись таблицею стандартних ентропій (див. Додаток), визначте ∆ _rS⁰ для реакцій:

а) FeO (т) + СО (г) = Fe (т) + СО₂ (г);

б) MgCO₃ (т) = MgO (т) + СО₂ (г);

в) СО_{2 (г)} + Са(ОН)₂ (т) = СаСО₃ (т) + Н₂О (р).

8. Яка термодинамічна функція визначає можливість проходження хімічної реакції? Який існує її зв’язок з ентальпією та ентропією? Чи завжди реакція, для якої ∆ _rG < 0, дійсно відбувається?

9. Визначте, чи можлива реакція:

SiO₂ (кр.) + 2 NaOH (рід.) = Na₂SiO₃ (кр.) + Н₂О (рід.) при стандартних умовах. ∆ _fG⁰(SiO_2(кр.)) = -803, 75 кДж/моль, ∆ _fG⁰(NaOH_(рід.)) = -377, 0 кДж/моль, ∆ _fG⁰(Н₂О_(рід.)­) = -237, 5 кДж/моль, ∆ _fG⁰(Na₂SiO_3(кр.))= -1436, 6 кДж/моль.

10. Визначте, в якому напрямку відбувається процес: СаСО_3(кр.) = СаО_(кр.) + СО_2(г) при стандартних умовах та обчисліть температуру вище якої починається розкладання кальцій карбонату.