Determinarea efectului termic de neutralizare

Determinarea efectului termic de neutralizare

Scopul lucrarii: De determinat efectul termic de neutralizare si a caldurii de disociere a acidului acetic. De determinat cantitatea (in mol gram-echivalent) de acid HC1 consumata pentru neutralizarea bazei.

Aparatului si reagenti: calorimetru, solutie KOH cu partea de masa de 1,0 %, solutii de 10 % HC1, NaOH_, CH₃COOH concentrat.

ASPECTE TEORETICE

La neutralizarea unui acid cu o baza se degaja o cantitate de caldura numita caldura de neutralizare. Valoarea acestei, raportata la un echivalent de acid sau baza, depinde de temperatura si concentratia solutiilor. Pentru acizii slabi si baze slabe caldura de neutralizare are valori diferite in functie de natura perechii acid slab - baza slaba, deoarece intervin si entalpiile de disociere ale acizilor si bazelor slabe.

Daca neutralizarea unui acid tare cu o baza tare se face intr-o solutie foarte diluata, astfel incit acidul si baza sa fie in total disociate, la amestecarea lor nu vor mai interveni efecte termice legate de procesele de hidratare si diluare, valoarea caldurii de neutralizare va fi unica pentru orice pereche acid tare - baza tare. In acest caz, indiferent de natura reagentilor, reactia este condusa de eliminarea unei cantitati constante de caldura egala cu 57,1 kJ/mol. (∆H_neutr. = -57,1 kJ/mol) - aceasta este legea caldurii constante.

Conform teoriei electrolitice de disociere, aceasta lege se lamureste prin faptul ca reactia de neutralizare se datoreaza reactionarii ionilor de hidrogen cu cei de hidroxil, in rezultat se formeaza molecule slab-disociabile de apa. Spre exemplu, reactia de neutralizare a acidului clorhidric cu hidroxidul de natriu:

NaOH + HC1 = NaCl + H₂O + 57,1 kJ    (1)

poate fi prezentata ca reactie intre ioni:         

Na⁺ + OH^- + H⁺ + Cl^- => Na⁺ + Cl^- + H₂O + 57,1 kJ   (2)

Luind in consideratia ca ionii de Na⁺ si Cl^- se gasesc atit in partea stinga, cit si in partea dreapta a ecuatiei, se poate seri reactia prescurtata:

H⁺ + OH^- = H₂O + 57,1 kJ                       (3)

Dupa cum se vede marimea obtinuta corespunde consumarii unui mol de NaOH si respectiv unui mol de HC1 si formarii unui mol de apa. In cazul reactiei:

2KOH + H₂SO₄ => K₂SO₄ + 2H₂O + Q_neutr.                                (4)

efectul termic de neutralizare ∆H_neurt. corespunde consumarii unui mol de KOH, respectiv a 1/2 mol de H₂SO₄, adica formarii unui mol de apa:

∆H_nenrt. = Q_neutr. / 2    (5)

Cu alte cuvinte, reactia de formare a l mol de apa din ioni la temperatura de camera provoaca eliminarea caldurii egale cu 57,1  kJ

Cantitatea de caldura care se elimina la interactiunea unui mol de gram echivalent de acid cu un mol gram echivalent de baza - se numeste caldura de neutralizare.

Procesul de disociere a diferitor electroliti poseda de un diferit efect termic de disociere cit dupa valoare (pozitiva sau negativa), atit si dupa marime.

Gradul de disociere a acizilor sau bazelor slabi este foarte mic, din care cauza procesul de titrare este condus de disocierea lor in ioni.

Efectul termic de disociere se numeste cantitatea de caldura, care se elimina la descompunerea unui mol de electrolit in ioni. Anume din aceasta cauza efectul termic al reactiilor de neutralizare a acizilor slabi cu baze tari, si invers, a bazelor slabe cu acizi tari se difera de marimea 57,1 kg/mol.

Exemplu: efectul termic de neutralizare a acidului HCl cu NH₄OH se difera de cel obtinut la neutralizarea aceiasi cantitati de HCl cu NaOH. Diferenta dintre cele doua valori reprezinta caldura de disociere a NH₄OH.

Experimental, determinind efectul termic de neutralizare a acidului cu o baza se poate calcula cantitatea de baza (sau de acid) luata pentru neutralizare. Pentru aceasta se utilizeaza relatia:

υ = ((Q_neutr. - Q_dilut.) 1000) / (57,3 V)                  (6)

unde υ - cantitatea de moluri de gram-echivalenti a reagentului;

Q_neutr. - efectul termic de neutralizare, experimental determinat, kJ;

Q_dilut. - caldura de dilutie a solutiei, kJ;

V- volumul acidului (bazei) luat in experienta.

Efectuarea experimentala a lucrarii de laborator

Varianta I. Determinarea efectului termic de neutralizare si calculul caldurii de disociatie a acidului acetic.

Deoarece reactia de neutralizare este conduca de eliminarea caldurii, termometrul lui Beckmann in prealabil se stabileste in partea de jos a coloanei termometrului.

10 g de acid acetic cantitativ se toarna intr-un balon cotat cu volumul de
500 ml. Acidul se diluiaza cu apa distilata pina la 500 ml. Se cintaresc 6,67 g de NaOH, se transfera intr-un balon cotat cu volumul de 50 ml. Prin agitatie intensa se dizolva in apa, care mai departe se adauga cu portiuni mici pina la cota 50 ml. Dupa dizolvarea completa a NaOH, solutia se raceste pina la temperatura de camera.

In calorimetru se toarna 300 ml de solutie de acid si se introduce agitatorul. Dupa stabilirea temperaturii constante (∆ = 5-7 minute) in solutie se toarna 30 ml de solutie de hidroxid de natriu. In continuare, peste fiecare 0,5 minute se stabileste temperatura perioadei principale si finale.

Caldura de neutralizare se determina:

Q = K∆T   (7),

unde Q - cantitatea de caldura degajata la neutralizare

K - constanta calorimetrului

∆T - marimea de variatie a temperaturii

Pentru neutralizare s-au luat 0,1 mol de acid si 0,1 mol de NaOH.

Determinind caldura de neutralizare pentru cantitatea luata de acid, se calculeaza caldura de neutralizare pentru un mol de gram-echivalent. Cunoscind, ca la neutralizarea acidului tare cu baza tare se degaja 57,1 kJ, utilizind legea lui Hess, determinam caldura de disociere a acidului acetic.

Q_dis. = Q - 57,1                                                   (8)

Rezultatele se inscriu in tabela. Intervalul de timp este de 0,5 minute

Eseu: ELEMENTE DE BOTANICA - criterii ( intrebari ) minimale Document online: Bazele moleculare ale apoptozei

Darea de seama pe lucrare.

Se prezinta:

Tema, scopul, continutul pe scurt al lucrarii.

Graficul variatiei temperaturii in functie de timp pe parcursul procesului de neutralizare.

Calculul caldurii de disociere.

Varianta II. Determinarea caldurii de neutralizare si a cantitatii acidului folosit

Se cintareste masa KOH egala cu 6,33 g, care se transfera intr-un balon cotat de 500 ml si se dizolva, adaugind portiuni nu prea mari de apa distilata la o agitatie intensa. Apa se adauga pina la cota, apoi solutia obtinuta se raceste pina la temperatura de camera. Din volumul obtinut 300 ml se toarna in calorimetru, in care se introduce agitatorul si termometrul lui Beckmann, eprubeta intarita in dopul calorimetrului.

Sistema se termostateaza (perioada initiala), eprubeta atent se scoate din calorimetru, acidul se toarna in solutia de KOH. in continuare se inregistreaza variatia temperaturii si se determina ∆T de neutralizare.

La introducerea solutiei de acid in solutie de baza se petrec adaugator doua procese, care se conduc cu efect de caldura: dilutia solutiei de acid la turnarea ei in solutia de baza si dilutia bazei la adaosul in ea a acidului.

Efectul doi este neesential deoarece volumul solutiei de baza, in comparatie cu volumul adaugat al acidului este cu mult mai mare. In acelasi timp efectul intii -dilutia acidului poate sa destinga in unele cazuri si 10 % din valoarea efectului termic de neutralizare. Din aceasta cauza efectul termic de dilutie este necesar de determinat aparte. Pentru aceasta in calorimetru se toarna apa distilata 300 ml, se intareste eprubeta cu continutul a 10 ml de solutie HCl si dupa aceiasi metodica se determina ∆T a dilutiei acidului. Caldura dilutiei se calculeaza:

Q_dil. = K ∆t

Mai departe valoarea obtinuta Q_dil. se scade din caldura de neutralizare. Cantitatea acidului luat pentru neutralizare se calculeaza prin relatia (6).

Volumul acidului  este egal cu masa lui impartit la densitate. Luind in consideratie ca densitatea acidului, luat in experienta, numai cu 7 - 8 % e mai mare decit densitatea apei se poate considera ca volumul solutiei luate aproximativ este egal cu masa lui in grame. In asa caz se poate de a nu corecta valoarea caldurii de neutralizare cu caldura de dilutie. In formula (1) numitorul v-a fi mai mare cu aproximativ 10 %, iar numaratorul - cu 7-8 %. In total greasla totala de calcul v-a fi nu mai mare de 2-3 %. O asa greseala se poate de nu luat in consideratie.

Totodata la masurari cu exactitate inalta astfel de aproximatii nu se permit.

Tabelul rezultatelor obtinute. Intervalul de timp = 0,5 minute

Darea de seama pe lucrare.

Se prezinta:

- Tema, scopul, continutul pe scurt al lucrarii si esenta lucrarii.

Se prezinta graficul T = f (

Se calculeaza caldura de neutralizare si se determina normalitatea solutiei de acid HC1 folosit.

Intrebarile pentru pregatirea catre lucrarea de laborator Nr.3

Ce se numeste caldura de neutralizare?

De ce legea caldurii constante se foloseste numai pentru acizi si baze tari?

Ce se numeste caldura de disociere?

Cum se poate determina caldura de disociere a acidului (sau baza) slab, daca se cunoaste legea caldurii constante?

Cum se poate determina normalitatea solutiei de acid sau de baza prin metoda calorimetrica?

De ce la determinarea constantei calorimetrului este necesar ca termometrul, eprubeta, agitatorul sa fie in calorimetru?

Din ce cauza legea conservarii caldurii de neutralitate nu se pastreaza pentru acizii si bazele slabe?