Determinarea entalpiei de neutralizare

Determinarea entalpiei de neutralizare

Principiul lucrarii:

Caldurile de reactie la presiune constanta Q_p= ∆H sunt chiar entalpiile de reactie. Procesul chimic in care sistemul reactant cedeaza caldura mediului exterior se numesc reactii exoterme ∆H< 0, iar cel in care sistemul absoarbe caldura din mediul exterior ∆H>0 se numesc reactii endoterme.

Caldura de neutralizare a unui acid cu o baza reprezinta cantitatea de caldura degajata la formarea unui mol de apa (H₂O) dintr-un ion gram de protoni hidratati H₃O⁺ si un ion gram de grupe hidroxil HO⁻. Pentru reactiile dintre acizii si bazele tari, in solutii apoase diluate, entalpia de neutralizare are aceeasi valoare, egala cu -13,7 kcal/mol, sau - 57,3kJ/mol la 18^oC (291 K) si 1 atm, indiferent de natura acidului si a bazei.

Asadar, la neutralizarea acizilor tari cu baze tari in solutie apoasa se produce practic reactia de formare a unui mol de apa:

H_aq⁺ + HO^-_aq H₂O      (3.2.1)

aceasta deoarece acizii si bazele tari, fiind electroliti tari, sunt total disociati si prin urmare rectia de neutralizare se poate scrie ca o reactie ionica.

Exemplu: (3.2.2) in care, reducand termenii asemenea rezulta ecuatia (2.2.1).

Cand acidul, baza sau ambele sunt electroliti slabi, deci sunt partial disociati in solutie, entalpia de neutralizare este mai mica, datorita energiei consumate pentru disocierea lor.

Scopul lucrarii: este de a determina entalpa de neutralizare pentru urmatoarele reactii:

HCl + NaOH NaCl + H O      (3.2.3)

H SO +2 NaOH Na SO + 2H O      (3.2.4)

HCl +NH OH NH Cl + H O      (3.2.5)

Aparatura si substante:

Aparatura: calorimetru, cilindri gradati, termometru

Substante: solutii de HCl 1N, H₂SO₄ 1N, NaOH 0,5N si NH OH 0,5N

Aparatul cu ajutorul caruia se masoara efectele termice ale proceselor chimice si fizice in conditii adiabatice, se numeste calorimetru. In laboratoarele de chimie generala se va folosi drept sistem adiabat un pahar Berzelius aflat intr-un vas cilindric de protectie din polistiren, care asigura izolarea temica. In paharul de sticla se introduc solutiile si termometrul, iar agitarea mecanica se realizeaza miscand cu grija sistemul pentru uniformizarea temperaturii.

Modul de lucru:

se introduc in paharul de sticla al sistemului calorimetric 25 mL solutie de HCl 1N si se citeste, dupa aproximativ 3 minute, temperatura acestei solutii (t_i) cu ajutorul unui termometru;

se adauga 50 mL NaOH 0,5 N, la aceeasi temperatura, peste solutia aflata in calorimetru;

din momentul amestecarii se urmareste variatia temperaturii pana cand ea devine constanta si se noteaza valoarea ei (t_f).

Se procedeaza similar si pentru celelalte reactii de neutralizare indicate mai sus, folosind urmatoarele volume de solutii:

25 mL solutie H₂SO₄ 1N si 50 mL solutie NaOH 0,5 N;

sau 25 mL solutie HCl 1N si 50 mL solutie NH OH 0,5 N.

Calcule si rezultate:

Conform ecuatiei calorimetrice:

Q=(m_calorimetruc_calorimetru+m_solacidac_acid+m_solbazac_baza)(t_f-t_i)(3.2.6)

in care se cunosc:

m_calorimetruc_calorimetru=20 cal/grad si reprezinta capacitatea calorica a calorimetrului (C_vas);

r_acid r_baza = 1,06 g/cm³

c_acid = c_baza = 0,931 cal/g.grad

m_sol.acid = V_sol.acid r_sol.acid (grame) (3.2.7)

m_sol.baza = V_{sol. baza} r_{sol. baza} (grame) (3.2.8)

DH_neutralizare = -Q/n (3.2.9)

unde:

n - numarul de echivalenti din volumul de 25 mL, respectiv 50 de mL, de acid sau baza folositi si se calculeaza astfel:

25 mL sol.HCl 1N.n echivalenti HCl

1000 mL sol.HCl 1N1 E_gHCl Þ n = 0,025echivalenti HCl

sau

50 mL sol.NaOH 0,5Nn echivalenti NaOH

1000 mL 1 E_gNaOH Þ n = 0,025 echivalenti NaOH

Deci:

DH=-(20 + 25 0,931)(t_f - t_i)/0,025 cal/echiv.

Se alcatuieste tabelul 3.2.1:

Tabelul 3.2.1

Interpretarea rezultatelor: Se stabileste natura endoterma sau exoterma a procesului studiat. Se verifica daca entalpiile reactiilor (3.2.3) si (3.2.4) satisfac conditia (3.2.1). Se compara efectele termice ale reactiilor (3.2.3) si (3.2.4) cu cel al reactiei (3.2.5).

Tema de casa:

. Sa se scrie ionic reactia de neutralizare KOH + HNO₃ si LiOH + H₂SO₄

_{. La neutralizarea a 30 cm3 HCl 1N cu 60 cm3 NaOH 0,5 N s-a observat o diferenta de temperatura de aproximativ 2,2oC. Sa se calculeze entalpia de reactie daca Cvas= 100 cal/grad.}

_{. Ce volum de HCl 1N trebuie introdus in vasul calorimetric, stiind ca la neutralizare au fost folositi 60mL NaOH, iar Cvas =100 cal/grad si H = - 13.5 Kcal/mol.}

. Sa se calculeze volumul de solutie acida necesar neutralizarii unui volum de 40 mL solutie NaOH 1N stiind ca entalpia de reactie este egala cu 1100 cal/mol Variatia de temperatura inregistrata de-a lungul reactie a fost de 3 grade.

Sa se determine capacitatea calorica a calorimetrului (C_vas), stiind ca la neutralizarea unui volum de 100 mL de NaOH 0,1 N cu 50 mL H₂SO₄ 0,1 N, s-a inregistrat o variatie a temperaturii de 4 ^oC.

_{Entalpia de reactie este de - 18,5 Kcal/mol.}

_{. Sa se determine variatia de temperatura care are loc la neutralizarea unui volum de 50 mL NH4OH 0,5 N cu 25 mL H2SO4 0,1 N stiind ca Cvas= 100 cal/grad, iar entalpia de neutralizare este - 9,5 Kcal/mol.}