3

Determinarea entalpiei de neutralizare

Principiul lucrrii:Cldurile de reacie la presiune constant Qp= H sunt chiar entalpiile de reacie. Procesul chimic n care sistemul reactant cedeaz cldura mediului exterior se numesc reacii exoterme H< 0, iar cel n care sistemul absoarbe cldur din mediul exterior H>0 se numesc reacii endoterme.

Cldura de neutralizare a unui acid cu o baz reprezint cantitatea de cldur degajat la formarea unui mol de ap (H2O) dintr-un ion gram de protoni hidratai H3O+ i un ion gram de grupe hidroxil HO. Pentru reaciile dintre acizii i bazele tari, n soluii apoase diluate, entalpia de neutralizare are aceeai valoare, egal cu -13,7 kcal/mol, sau 57,3kJ/mol la 18oC (291 K) i 1 atm, indiferent de natura acidului i a bazei.

Aadar, la neutralizarea acizilor tari cu baze tari n soluie apoas se produce practic reacia de formare a unui mol de ap:

Haq+ + HO-aq ( H2O

(1)aceasta deoarece acizii i bazele tari, fiind electrolii tari, sunt total disociai i prin urmare recia de neutralizare se poate scrie ca o reacie ionic. Exemplu: (2) n care, reducnd termenii asemenea rezult ecuaia (1).

Cnd acidul, baza sau ambele sunt electrolii slabi, deci sunt parial disociai n soluie, entalpia de neutralizare este mai mic, datorit energiei consumate pentru disocierea lor.

Scopul lucrrii: este de a determina entalpa de neutralizare pentru urmtoarele reacii:

HCl + NaOH(NaCl + H2O

(3)

H2SO4 +2 NaOH( Na2SO4 + 2H2O

(4)

HCl +NH4OH( NH4Cl + H2O

(5)Aparatur i substane: Aparatur: calorimetru, cilindri gradai, termometru

Substane: soluii de HCl 1N, H2SO4 1N, NaOH 0,5N i NH4OH 0,5N

Aparatul cu ajutorul cruia se msoar efectele termice ale proceselor chimice i fizice n condiii adiabatice, se numete calorimetru. n laboratoarele de chimie general se va folosi drept sistem adiabat un pahar Berzelius aflat ntr-un vas cilindric de protecie din polistiren, care asigur izolarea temic. n paharul de sticl se introduc soluiile i termometrul, iar agitarea mecanic se realizeaz micnd cu grij sistemul pentru uniformizarea temperaturii.

Modul de lucru:

se introduc n paharul de sticl al sistemului calorimetric 25 mL soluie de HCl 1N i se citete, dup aproximativ 3 minute, temperatura acestei soluii (ti) cu ajutorul unui termometru;

se adaug 50 mL NaOH 0,5 N, la aceeai temperatur, peste soluia aflat n calorimetru;

din momentul amestecrii se urmrete variaia temperaturii pn cnd ea devine constant i se noteaz valoarea ei (tf).

Se procedeaz similar i pentru celelalte reacii de neutralizare indicate mai sus, folosind urmtoarele volume de soluii:

25 mL soluie H2SO4 1N i 50 mL soluie NaOH 0,5 N; 25 mL soluie HCl 1N i 50 mL soluie NH4OH 0,5 N.

Calcule i rezultate:Conform ecuaiei calorimetrice:Q=(mcalorimetruccalorimetru+msolacidcacid+msolbazcbaz)(tf-ti) (6)

n care se cunosc:

mcalorimetruccalorimetru=20 cal/grad i reprezint capacitatea caloric a calorimetrului (Cvas);

((acid = (baz = 1,06 g/cm3cacid = cbaz = 0,931 cal/g.grad

msol.acid = Vsol.acid ( (sol.acid (grame)

(7)

msol.baz = Vsol. baz ( (sol. baz (grame)

(8)

(Hneutralizare = -Q/n

(9)

unde:

n - numrul de echivaleni din volumul de 25 mL, respectiv 50 de mL, de acid sau baz folosii i se calculeaz astfel:

25 mL sol.HCl 1N..................................n echivaleni HCl

1000 mL sol.HCl 1N...........................1 EgHCl ( n = 0,025echivaleni HCl

sau

50 mL sol.NaOH 0,5N........................n echivaleni NaOH

1000 mL .......................................1 EgNaOH ( n = 0,025 echivaleni NaOH

Deci: (H=-(20 + 25(1,06 ( 0,931 + 50 (1,06 ( 0,931)(tf - ti)/0,025 cal/echiv.

Se completeaz tabelul urmtor:Reacia studiatti (oC)tf (oC)(t(oC)Q(cal)(H

cal

echiv

HCl+NaOH(NaCl+H2O

H2SO4+2NaOH(Na2SO4+2H2O

HCl +NH4OH(NH4Cl +H2O

Interpretarea rezultatelor: Se stabilete natura endoterm sau exoterm a procesului studiat. Se verific dac entalpiile reaciilor (3) i (4) satisfac condiia (1). Se compar efectele termice ale reaciilor (3) i (4) cu cel al reaciei (5).

Probleme:

1. S se scrie ionic reacia de neutralizare KOH + HNO3 i LiOH + H2SO4.2. La neutralizarea a 30 cm3 HCl 1N cu 60 cm3 NaOH 0,5 N s-a observat o diferen de temperatur de aproximativ 2,2oC. S se calculeze entalpia de reacie dac Cvas= 100 cal/grad.3. Ce volum de HCl 1N trebuie introdus n vasul calorimetric, tiind c la neutralizare au fost folosii 60mL NaOH, iar Cvas =100 cal/grad i H = - 13.5 Kcal/mol.4. S se calculeze volumul de soluie acid necesar neutralizrii unui volum de 40 mL soluie NaOH 1N tiind c entalpia de reacie este egal cu 1100 cal/mol Variaia de temperatur nregistrat de-a lungul reacie a fost de 5 grade.5. S se determine capacitatea caloric a calorimetrului (Cvas), tiind c la neutralizarea unui volum de 100 mL de NaOH 0,1 N cu 50 mL H2SO4 0,1 N, s-a nregistrat o variaie a temperaturii de 4 oC. Entalpia de reacie este de - 18,5 Kcal/mol.6. S se determine variaia de temperatur care are loc la neutralizarea unui volum de 50 mL NH4OH 0,5 N cu 25 mL H2SO4 0,1 N tiind c Cvas= 100 cal/grad, iar entalpia de neutralizare este 9,5 Kcal/mol.Determinarea entalpiei de dizolvare

Principiul lucrrii:

Procesul de dizolvare a substanelor este nsoit de un efect termic, denumit cldur de dizolvare, care depinde de interaciile moleculelor sau ionilor substanei (ex. NaCl), care se dizolv cu moleculele dizolvantului (H2O). De exemplu, n cazul cristalelor Na+Cl ionice n ap, cldura de dizolvare la presiune constant, SYMBOL 68 \f "Symbol"Hdiz poate fi explicat n felul urmtor: ntr-o prim etap, sub aciunea apei, ionii imobili de Na+ i Cl care ocup nodurile reelei cristaline sunt ndeprtai unii de alii pn la distane att de mari, nct fora coulombian de interaciune dintre ei devine nul; ionii devin independeni i mobili n ap. Acest proces absoarbe energie din exterior, astfel c dizolvarea srurilor ionice are loc cu scdere de temperatur.

Scopul lucrrii este determinarea entalpiei de dizolvare pentru trei sruri, de exemplu: NH4Cl, KNO3, K2SO4.

Aparatur i substane:

Aparatur: calorimetru, cilindru gradat de 100 cm3, termometru

Substane: sruri NH4Cl, KNO3, K2SO4

Modul de lucru:

Cldura de dizolvare se determin cu ajutorul unui sistem adiabat.

se introduc n paharul Berzelius fixat n cilindrul de polistiren expandat 100 cm3 de ap distilat, msurat cu un cilindru gradat i se urmrete stabilizarea temperaturii la termometru; se noteaz aceast valoare ti;

se cntresc la balana tehnic, 1 g dintr-o sare de mai sus i se introduce n apa sistemului calorimetric. Se observ variaia de temperatur n timpul procesului de dizolvare. Cnd toat sarea s-a dizolvat, temperatura rmne constant se noteaz ca temperatura final tf.

Calcule i rezultate: Entalpia de dizolvare, ca i cea de neutralizare, se calculeaz dup relaia:

(1)

n care:

Q - cantitatea de cldur din calorimetru (cal); n - numrul de moli de substan dizolvat (mol);

(2) n cazul de fa Cvas=20 cal/grad, iar Csoluie=100 cal/grad

Deci Q=(20 + 100)SYMBOL 68 \f "Symbol"t = 120 SYMBOL 68 \f "Symbol"t

(3)

Numrul de moli, n, de substan dizolvat se calculeaz raportnd masa de substan (1g) la masa ei molecular, M.

De exemplu, pentru KNO3, MKNO3 = 39 + 14 + 48= 101 (g/mol) i deci, n este: n = 1/101 = 0,0099 moli ~ 0,01 moli.

Introducnd Q i n n relaia (1) se obine entalpia de dizolvare SYMBOL 68 \f "Symbol"H.

Se alctuiete tabelul:Saream (g)M (g/mol)n

(mol)ti(oC)tf(oC)SYMBOL 68 \f "Symbol"t (oC)Q(cal)SYMBOL 68 \f "Symbol"H

(cal/mol)

Interpretarea rezultatelor: n funcie de semnul convenional al lui SYMBOL 68 \f "Symbol"H se apreciaz natura endoterm sau exoterm a procesului, iar n funcie de valoarea entalpiei de dizolvare se ordoneaz srurile studiate n sensul creterii SYMBOL 68 \f "Symbol"H.Probleme:

1. La dizolvarea n 30 cm3 ap a 3 g Mg(NO3)2 se observ o diferen de temperatur de 20C. S se determine entalpia de dizolvare, dac Cvas = 50 cal/grad.

2. tiind c entalpia de dizolvare a Mg(NO3)2( 2H2O este 10,32 Kcal/mol s se stabileasc ce diferen de temperatur se va obine la dizolvarea a 2,5 g n 30 mL ap (Cvas = 50 cal/grad).3. Marea Neagr conine 14 g/L sare, NaCl; dac la dizolvarea NaCl ntr-un calorimetru se formeaz 200 g soluie cu aceeai concentraie ca n Marea Neagr,iar scderea temperaturii soluiei (t) este 0,23C, cldura specific a soluiei fiind 4,18 J/g grad , sol = 1 g/mL, entalpia molar de dizolvare a NaCl este: a. 192,28 J , b. 192,28 kJ / mol , c. 4,02 kJ /mol

4. Care este entalpia de reactie atunci cand se dizolva 98 g H2SO4 in 36 g apa? 5.S se determine cldura de dizolvare pentru uree, tiind c dup dizolvarea a 5 g uree n 100 g ap cu temperature iniial de 20o C, temperature scade la 18o C. Constanta calorimetrului utilizat este de 0,14 KJ/grad, iar cldura specific a apei este 4,18 KJ/grad.

6.ntr-un calorimetru ce conine 700 g ap la temperatura de 19,2 oC se adaug 200 g ap cu temperatura de 50 o C. Temperatura de echilibru este 24,3 oC. S se calculeze constanta calorimetrului. Se cunoate cldura specific a apei este 4,18 KJ/grad.

Legea lui Hess -aplicaii de calcul al entalpiilor Legea lui Hess cldura de reacie nu depinde de calea urmat de o reacie chimic, adic de numrul i ordinea stadiilor intermediare, ci numai de caracteristicile reactanilor i produilor de reacie.Pentru o reacie chimic exprimat prin ecuaia de forma general:

unde A1, A2, Ai sunt reactani; A1, A2, Ai sunt produi de reacie, iar (1, (2, (i, (1, (2, (i sunt coeficienii reactanilor respectiv a produilor de reacie.

Legea lui Hess se poate exprima:

Probleme

1. Sa se determine caldura de formare din elemente a Zn SO4 cunoscand efectele termice ale reactiilor de mai jos (in Kcal/mol):

2. Determinati caldura de reactie a proceului:

Daca se cunosc efectele termice ale urmatoarelor reactii:

3. In reactia carbidului cu apa in exces rezulta acetilena si hidroxid de calciu:

Calculati caldura de reactie care apare la obtinerea a 10m3 acetilena, daca se cunosc efectele termice ale urmatoarelor reactii chimice:

4. Sa se calculeze caldura de formare standard a H2SO4 conform reactiei:

S(s) + 2O2(g) + H2(g) ( H2SO4(l)

Daca se cunosc entalpiile standard ale urmatoarelor reactii:

1) S (s) +O2(g)( SO2 (g) (H298= -70,96 kcal/mol

2) SO2(g) +1/2O2(g) ( SO3 (g) (H298 = -23,49Kcal/mol

3) SO3(g) +H2O(l) ( H2SO4(l) (H298 = -31,14 kcal/mol

4) H2 (g) + O2(g) ( H2O (l) (H298 = -68,32 kacl/mol5. Sa se calculeze caldura de formare a benzenului lichid in starea standard din elemente.

6C(s) + 3H2(g) C6H6(l) (a) ;

Reactia de ardere a benzenului lichid din elemente este:

C6H6 +15/2 O2(g) 6CO2(g) + 3H2O(l) (b) cu cHC6H6=781kcal/mol .

Reactiile de ardere ale ale carbonului si hidrogenului sunt:

C(s) + O2(g) CO2 (g) (c) ; cu cHC=- 94,1 kcal/mol iar

H2(g)+1/2O2(g) H2O(l) (d) ; cu cHH2= - 68,3 kcal/mol.6. Calculati entalpia standard de formare a dioxidului de carbon cunoscand entalpiile standard de reactie pentru:

C+1/2O2 ( CO (H298 = -110,63 Kj/mol

CO +1/2O2 ( CO2 (H298 = -283,63 Kj/mol

precizati daca procesele in discutie sunt endoterme sau exoterme.PAGE 6

_1409861174.unknown

_1409861561.unknown

_1315762708.unknown

_1315763408.unknown

_1315764031.unknown

_1315762851.unknown

_1315762090.unknown