3.entalpia De Neutralizare 6c663u

3. Termochimie. Determinarea entalpiei de neutralizare Principiul lucrării: Termochimia se ocupa cu studiul efectelor termice care insotesc reactiile chimice. Prin efect termic al unei reactii chimice se intelege cantitatea de caldura degajata sau absorbita in cursul reactiilor chimice. Deoarece majoritatea reactiilor chimice au loc la presiune constanta, caldura de reactie este definita prin variatia entalpiei de reactie, Qp= ∆H. Procesul chimic în care sistemul reactant cedează căldura mediului exterior se numesc reacţii exoterme ∆H< 0, iar cel în care sistemul absoarbe căldură din mediul exterior ∆H>0 se numesc reacţii endoterme. Căldura de neutralizare a unui acid cu o bază reprezintă cantitatea de căldură degajată la formarea unui mol de apă (H 2O) dintr-un ion gram de protoni hidrataţi H3O+ şi un ion gram de grupe hidroxil HO−. Pentru reacţiile dintre acizii şi bazele tari, în soluţii apoase diluate, entalpia de neutralizare are aceeaşi valoare, egală cu -13,7 kcal/mol, sau – 57,3kJ/mol la 18oC (291 K) şi 1 atm, indiferent de natura acidului şi a bazei. Aşadar, la neutralizarea acizilor tari cu baze tari în soluţie apoasă se produce practic reacţia de formare a unui mol de apă: Haq+ + HO-aq → H2O (1) aceasta deoarece acizii şi bazele tari, fiind electroliţi tari, sunt total disociaţi şi prin urmare reacţia de neutralizare se poate scrie ca o reacţie ionică. ( H (+aq ) + Cl (−aq ) ) + ( Na (+aq ) + OH (−aq ) ) → Na (+aq ) + Cl (−aq ) + H 2 O(1) (2) Exemplu: în care, reducând termenii asemenea rezultă ecuaţia (1). Când acidul, baza sau ambele sunt electroliţi slabi, deci sunt parţial disociaţi în soluţie, entalpia de neutralizare este mai mică, datorită energiei consumate pentru disocierea lor. Scopul lucrării: este de a determina entalpa de neutralizare pentru următoarele reacţii: HCl + NaOH→NaCl + H2O (3) H2SO4 +2 NaOH→ Na2SO4 + 2H2O (4) HCl +NH4OH→ NH4Cl + H2O (5) Aparatură şi substanţe: Aparatură: calorimetru, cilindri gradaţi, termometru Substanţe: soluţii de HCl 1N, H2SO4 1N, NaOH 0,5N şi NH4OH 0,5N Aparatul cu ajutorul căruia se măsoară efectele termice ale proceselor chimice şi fizice în condiţii adiabatice, se numeşte calorimetru. În laboratoarele de chimie generală se va folosi drept sistem adiabat un pahar Berzelius aflat într-un vas cilindric de protecţie din polistiren, care asigură izolarea temică. În paharul de sticlă se introduc soluţiile şi termometrul, iar agitarea mecanică se realizează mişcând cu grijă sistemul pentru uniformizarea temperaturii. •

Modul de lucru: se introduc în paharul Berzelius aflat in sistemului calorimetric 25 mL soluţie de HCl 1N şi se citeşte, după aproximativ 3 minute, temperatura acestei soluţii (ti) cu ajutorul unui termometru;

•

se adaugă 50 mL NaOH 0,5 N, la aceeaşi temperatură, peste soluţia aflată în paharul Berzelius din calorimetru; • din momentul amestecării se urmăreşte variaţia temperaturii până când ea devine constantă şi se notează valoarea ei (tf). Se procedează similar şi pentru celelalte reacţii de neutralizare indicate mai sus, folosind următoarele volume de soluţii: 25 mL soluţie H2SO4 1N şi 50 mL soluţie NaOH 0,5 N; sau 25 mL soluţie HCl 1N şi 50 mL soluţie NH4OH 0,5 N. Calcule şi rezultate: Caldura mediului in care a avut loc fiecare reactie se calculeaza cu ecuaţiea calorimetrica: Q=(mcalorimetru ∙ ccalorimetru + msol.acidă ∙ cacid + msol.bază ∙ cbază) ∙ (tf-ti)

(6)

în care se cunosc: mcalorimetru ∙ ccalorimetru = 20 cal/grad şi reprezintă capacitatea calorică a calorimetrului (Cvas); mcalorimetru – masa calorimetrului; ccalorimetru – caldura specifica a calorimetrului msol.acidă – masa solutiei acide: msol.acid = Vsol.acid ∙ ρ sol.acid (grame) unde Vsol.acid este volumul de acid exprimat in mL si ρ sol.acid este densitatea solutiei acide exprimata in g/cm3 msol.bază – masa solutiei de baza: msol.bază = Vsol. bază ∙ ρ sol. bază (grame) unde Vsol. bază este volumul de baza exprimat in mL si ρ g/cm3 ρ acid = ρ bază = 1,06 g/cm3 cacid = cbază = 0,931 cal/g.grad

sol. bază

este densitatea solutiei bazice exprimata in

Se calculeaza entalpia de neutralizare (∆ Hneutralizare) cu relatia: ∆ Hneutralizare = -Q/n

(7)

unde: n - numărul de echivalenţi din volumul de 25 mL, respectiv 50 de mL, de acid sau bază folosiţi, care se calculează astfel: 25 mL sol.HCl 1N..................................n echivalenţi HCl 1000 mL sol.HCl 1N...........................1 EgHCl ⇒ n = 0,025echivalenţi HCl sau 50 mL sol.NaOH 0,5N........................n echivalenţi NaOH 1000 mL .......................................1 EgNaOH ⇒ n = 0,025 echivalenţi NaOH

Se alcătuieşte tabelul urmator: Reacţia studiată

ti (oC)

tf (oC)

∆ t (oC)

Q (cal)

∆ H (cal/echiv)

∆ H (KJ/echiv)

HCl+NaOH→NaCl+H2O H2SO4+2NaOH→Na2SO4+2H2O HCl +NH4OH→NH4Cl +H2O 1 cal = 4,18 J Interpretarea rezultatelor: Se stabileşte natura endotermă sau exotermă a procesului studiat. Exercitii: 1. Să se scrie ionic reacţia de neutralizare KOH + HNO3 şi LiOH + H2SO4 3 3 2. La neutralizarea a 30 cm HCl 1N cu 60 cm NaOH 0,5 N s-a observat o diferenţă de o temperatură de aproximativ 2,2 C. Să se calculeze entalpia de reacţie dacă Cvas= 100 cal/grad. 3. Ce volum de HCl 1N trebuie introdus în vasul calorimetric, ştiind că la neutralizare au fost folosiţi 60 mL NaOH, iar Cvas =100 cal/grad şi ΔH = - 13.5 Kcal/mol. 4. Sa se calculeze volumul de soluţie acidă necesar neutralizării unui volum de 40 mL soluţie NaOH 1N ştiind că entalpia de reacţie este egală cu 1100 cal/mol Variatia de temperatură înregistrată de-a lungul reacţie a fost de 3 grade. 5. Să se determine capacitatea calorică a calorimetrului (Cvas), ştiind că la neutralizarea unui volum de 100 mL de NaOH 0,1 N cu 50 mL H 2SO4 0,1 N, s-a înregistrat o variaţie a temperaturii de 4 oC. Entalpia de reacţie este de - 18,5 Kcal/mol. 6. Să se determine variaţia de temperatură care are loc la neutralizarea unui volum de 50 mL NH4OH 0,5 N cu 25 mL H2SO4 0,1 N ştiind că Cvas= 100 cal/grad, iar entalpia de neutralizare este – 9,5 Kcal/mol.