Determinarea caldurii de reactie
Se determina efectul termic al reactiei de neutralizare a unui acid tare cu o baza tare si efectul termic al unei reactii dintre un acid tare si o baza slaba.
Caldura de reactie sau efectul termic reprezinta cantitatea de caldura absorbita sau degajata in timpul unei reactii chimice. Ea depinde numai de starea initiala si de starea finala a sistemului chimic, nu si de drumul parcurs de sistem în timpul evolutiei sale.
Caldura de reactie se determina în majoritatea cazurilor în conditii d 22222j97w e presiune constanta, Qp, si mai rar în conditii d 22222j97w e volum constant, Qv, la o anumita temperatura.
Efectul termic izobar este:
(3.1)
Efectul termic izocor este:
(3.2)
DH si DU reprezinta entalpia de reactie si respectiv energia interna de reactie.
Procesele chimice izobare pot fi:
Exoterme: DH < 0 (sistemul cedeaza caldura mediului ambiant).
Endoterme: DH > 0 (sistemul absoarbe caldura de la mediul ambiant).
Efectele termice sunt denumite în functie de tipul reactiei pe care îl însotesc ca, de exemplu caldura de neutralizare, caldura de hidroliza, caldura de ardere etc.
Caldura de neutralizare este efectul termic care însoteste reactia unui acid tare cu o baza tare.
, DH = -57.3 kJ/mol H2O (3.3)
(3.4)
si reducând termenii asemenea se obtine:
DH = -57.3 kJ/mol H2O (3.5)
Deci caldura de neutralizare este cantitatea de caldura degajata la formarea unui mol de apa din ionii sai hidratati. Ea are o valoare independenta de natura acidului tare si a bazei tari care participa la reactie si este egala cu -57.3 kJ/mol H2O la temperatura de 293 K.
Daca la reactie participa acizi slabi si baze slabe, ca de exemplu:
(3.6)
(3.7)
efectul termic este mai mic decât -57.3 kJ/mol H2O datorita reactiei inverse de hidroliza a sarii formate.
Acizii slabi si bazele slabe sunt disociati în ioni, în solutii apoase, în proportie mica:
(3.8)
(3.9)
si la echilibru se formeaza doar o fractiune dintr-un mol de apa.
Caldura de reactie se determina experimental prin metoda calorimetrica. Se masoara variatia de temperatura între starea finala tf si starea initiala a mediului în care se desfasoara reactia:
Dt = tf - ti (3.10)
Se calculeaza cantitatea de caldura absorbita de la sistemul de reactie sau cedata sistemului de reactie:
Q = C Dt (3.11)
Capacitatea calorica C se calculeaza cu relatia:
(3.12)
în care m si c reprezinta masa (g) si caldura specifica (J/g.grd.) a fiecarei componente din sistem.
Deci: C = CC + CR = CC + mRcR (3.13)
CC - reprezinta capacitatea calorica a calorimetrului (ce include vasul calorimetrului, agitatorul si termometrul) numita si constanta calorimetrului;
CR - reprezinta capacitatea calorica a sistemului reactant.
Rezulta:
Q = (CC + mRcR) Dt (3.14)
Deoarece caldura acceptata sau cedata de mediu este egala cu caldura cedata sau acceptata de sistemul de reactie, caldura de neutralizare a este:
(3.15)
- numarul de moli de apa formati în reactie.
Pentru reactiile dintre un acid tare si o baza slaba efectul termic este:
(3.16)
unde an reprezinta fractiunea de mol de apa formata în timpul reactiei.
Observatie: Se neglijeaza efectul de hidroliza a sarii formate.
Calorimetru, agitator, termometru, pahare Berzelius, cilindru gradat.
Solutii apoase de HCl 1M, NaOH 0.5 M, NH4OH 0.5M
1. Determinarea constantei calorimetrului
Se introduc în vasul calorimetrului 50 ml apa (m1) distilata si se masoara temperatura initiala t1 ( C);
Într-un pahar Berzelius se introduc 50 ml apa distilata (m2) si se încalzeste pâna la 60 C (t2) apoi se toarna în vasul calorimetric;
Se agita si se masoara temperatura din minut în minut. Când temperatura devine constanta se noteaza valoarea ei t3.
Din datele experimentale obtinute se calculeaza constanta calorimetrului din ecuatia de bilant material:
(3.17)
în care: m este masa probei (m= V x r); V -
volumul; r - densitatea absoluta; -caldura specifica a apei cu valoare medie
egala cu 4.18 J/grd.mol.
Rezulta:
Cc=4.18 J/g.grd x 50g x = 209
J/grd (3.18)
2. Determinarea caldurii de neutralizare a unui acid tare cu o baza tare
Se introduc în vasul calorimetric, 50 ml solutie NaOH 0.5 M masurati cu cilindrul gradat si se masoara temperatura initiala t1.
Peste aceasta solutie se adauga 25 ml solutie 1 M HCl la aceeasi temperatura ti. Se agita si se citeste temperatura finala tf, atunci când aceasta ramâne constanta.
Se întocmeste un tabel cu date experimentale si calculate:
Reactia chimica |
ti, C |
tf, C |
|
Q, J |
DH, J/mol H2O |
Se calculeaza caldura din vasul de reactie cu ajutorul relatiei 3.14, deci:
Q = (Cc + macid cacid + mbaza cbaza) Dt (3.19)
în care "m" si "c" reprezinta masa, respectiv caldura specifica a solutiilor de acid si de baza.
Observatie: În calcule se introduc urmatoarele aproximari:
Solutiile fiind diluate se pot folosi densitatea si caldura specifica a solventului (apa).
Se neglijeaza variatia densitatii si a
caldurii specifice în functie de temperatura în intervalul Dt,
considerând o valoare medie (;
)
Se calculeaza numarul de moli de apa formati în reactie:
(3.20)
Se calculeaza caldura degajata la neutralizarea, DHneutralizare, cu relatia 3.15.
3. Determinarea caldurii de neutralizare a unui acid tare cu o baza slaba
Se procedeaza la fel ca la reactia dintre HCl si NaOH.
Observatie: Dupa terminarea fiecarei reactii vasele de sticla folosite se vor spala cu apa distilata.
Se întocmeste un tabel cu date experimentale si calculate.
Se calculeaza cantitatea de caldura Q.
Se calculeaza efectul termic al reactiei, DH, tinând seama de faptul ca pentru o astfel de reactie se formeaza doar o fractiune de mol de apa, an.
|