У даному експерименті Ви визначите і порівняєте кількість виділеної теплової енергії у трьох екзотермічних реакціях.

Реакція 1: Кристалічний натрій гідроксид розчиняється у воді з утворенням водного розчину та йонів у ньому.

   NaOH_(тв.) → Na⁺_(водн.) + OH^-_(водн.) + x₁ кДж

Реакція 2: Кристалічний натрій гідроксид реагує з водним розчином гідроген хлориду з утворенням води та водного розчину натрій хлориду.

   NaOH_(тв.) + H⁺_(водн.) + Cl^-_(водн.) → H₂O_(р) + Na⁺_(водн.) + Cl^-_(водн.) + x₂ кДж

Реакція 3: Водний розчин натрій гідроксиду взаємодіє з водним розчином гідроген хлориду з утворенням води та водного розчину натрій хлориду.

   Na⁺_(водн.) + OH^-_(водн.) + H⁺_(водн.) + Cl^-_(водн.) → H₂O_(р) + Na⁺_(водн.) + Cl^-_(водн.) + x₃ кДж

Щоб точно виміряти кількість тепла, що виділяється внаслідок перебігу реакції, ми використаємо калориметр. (У цьому експерименті пінополістиреновий стакан виступатиме у ролі калориметра). Зміна температури, що відбуватиметьсяThe change in temperature that при кожній реакції буде використана для розрахунку енергії, що виділяється, у кілоджоулях на моль витраченого натрій гідроксиду. Ми припустимо, що кількість тепла, яка витрачається на нагрівання пінополістиролу і розсіюється у повітря буде незначною. Ми також припустимо, що питома теплоємність води становить 4.18 Дж/г°C.

Хід роботи

Reaction 1

1. В меню посуду виберіть мірний циліндр об'ємом 50 мл та пінополістиреновий стакан. У меню обладнання виберіть терези. Перемістіть із препараторської на робочий стіл дистильовану воду і кристалічний NaOH.
2. Помістіть 50.0 мл води у пінополістиреновий стакан. Щоб здійснити це, перетягніть бутель із водою до мірного циліндру. (Не відпускайте лавішу миші до тих пір, доки циліндр не стане синього кольору, що означатиме, що він помічений як приймач). У рядку параметрів перенесення, що активується при цьому, введіть "50.0" (мл) і натисніть внести. (Ви помітите, що мірний циліндр покаже 50.0 мл.)
3. Зважте близько 1 г гранул натрій гідроксиду (NaOH_(тв.)) прямо у пінополістиреновому стакані і занотуйте масу з точністю до 0.01 г. Щоб це зробити помістіть пінополістиреновий стакан на терези, вони покажуть масу стакану, після чого натисніть кнопку "ТАРА". Перетягніть банку з NaOH на стакан. (Коли Ви відпустите клавішу миші, банка буде нахиленою над ним, тобто її вміст готовий до перенесення). Тоді уведіть "1.00" (г) у рядку параметрів перенесення і натисніть внести. Тепер терези показують тільки масу внесеного NaOH. Тепер Ви можете прибрати стакан із терезів, а терези видалити з робочого столу.
4. Натисніть на мірний циліндр, запишіть температуру води у ньому і перетягніть його на стакан. (Коли Ви відпустите клавішу миші, циліндр буде нахиленим над ним, тобто його вміст готовий до перенесення.) Натисніть "50.0" у рядку параметрів перенесення. Занотуйте найбільше значення температури.

Реакція 2

1. Візьміть 0.5M HCl у шафі сильних кислот, пінополістиреновий стакан і мірний циліндр об'ємом 50 мл у меню посуд, та помістіть їх на робочий стіл. Проведення реакції 2 аналогічне проведенню реакції 1, тільки 50.0 мл 0.50 M розчину хлоридної кислоти використовують замість води.

Реакція 3

1. Візьміть інший мірний циліндр, новий пінополістиреновий стакан, 1.0 M розчин HCl та 1.0 M розчин NaOH. (Попередні реактиви і обладнання можна видалити.) Відміряють 25.0 мл 1.0 M розчину хлоридної кислоти у пінополістиреновий стакан. Вносять такий же об'єм 1.0 M розчину натрій гідроксиду у чистий мірний циліндр.
2. Запишіть температуру кожного з розчинів з точністю до 0.1°C. Внесіть розчин натрій гідроксиду у пінополістиреновий стакан і занотуйте найвищу температуру, отриману в ході реакції.

Обробка даних

1. Приготуйте таблицю з такими заголовками: реакція, маса NaOH, початкова температура, кінцева температура, виділена теплова енергія, кількість моль NaOH та молярна теплота реакції. Потімстворіть рядок для кожної реакції. Заповніть таблицю, використовуючи одержані дані та виконавши необхідні розрахунки.
2. Напишіть йонні рівняння для реакцій 1, 2 і 3. На основі отриманих значень кількості теплоти, виділеної у Ваших реакціях, додайте значення теплот реакцій у кДж/моль. Використайте x₁ для реакції 1, x₂ для реакції 2 та x₃ для реакції 3 (як описано вище).
3. Енергія x₁ у реакції 1 є енергією розчинення одного моль NaOH_(тв.). Розгляньте йонні рівняння реакцій 2 і 3, щоб зробити висновок про значення x₂ та x₃.
4. Знайдіть різницю між величиною x₂ та сумою x₁ і x₃. Дайте пояснення їх схожості або розбіжності.
5. Обчисліть різницю у процентах між x₂ та сумою x₁ і x₃. (Припустимо, що x₂ є правильним.)
6. Припустимо, що Ви використали 4.00 г NaOH_(тв.) у реакції 1. Яка кількість Джоулів буде виділена у цій реакції? Як це позначиться на величині x₁?

Обговорення

1. Поясніть отримані вище результати.
2. Перегляньте закон Гесса і обговоріть, що ілюстрував даний експеримент.
3. Якби Ви здійснили даний експеримент у "реальному світі", якими могли б бути основні джерела можливих помилок?

Висновок

1. Напишіть короткий звіт про те, що Ви дізнались у ході виконання експерименту відповідно до Вашої мети та мети експерименту.