Внутренняя оценка: закон Гесса
ДИЗАЙН:
Исследовательский вопрос: как объединить теплоту реакции двух отдельных уравнений, используя закон Гесса, чтобы определить степень реакции раствора гидроксида натрия с разбавленной соляной кислотой?
Введение: Закон Гесса был основой термохимии в течение прошлого столетия. В нем говорится, что полное изменение энтальпии реакции не зависит от того, происходит ли реакция в один или несколько этапов. Используя закон Гесса, теплоты реакций для отдельных стадий могут быть алгебраически объединены так же, как реакции могут быть объединены, чтобы сформировать общую реакцию, и, следовательно, всю теплоту реакции. Этот закон чрезвычайно важен во многих химических оценках, потому что часто бывает трудно или невозможно определить теплоту реакции за один шаг. Химическая реакция должна быть разбита на более простые реакции, которые можно измерить напрямую.
Первая и вторая реакции являются реакциями диссоциации, и поэтому выделяемое тепло называется теплом диссоциации. Третья реакция, которая является общей реакцией, представляет собой реакцию нейтрализации между кислотой и основанием, и поэтому общее выделяемое тепло называется теплом нейтрализации. Реакции 1 и 2 затем будут объединены, чтобы сформировать реакцию 3, причем их теплоты диссоциации управляются таким же образом, чтобы сформировать теплоту нейтрализации реакции 3.
Гипотеза: Глядя на три рассматриваемых уравнения, я предсказываю, что, если противоположность тепла, выделяемого в реакции 1, объединяется с теплом, выделяемым в реакции 2, то общая теплота нейтрализации (реакция 3) NaOH и HCl будет сформирована.
Переменные. В этом эксперименте переменные, с которыми я буду проверять применение закона Гесса, будут представлять собой твердый гидроксид натрия и разбавленный раствор соляной кислоты. Эти независимые переменные, когда объединены в правильной химической и возможной алгебраической форме, должны быть в состоянии объединиться, чтобы определить общую энтальпию более широкой реакции. Эта общая энтальпия действует как зависимая переменная, в то время как отдельные манипулируемые энтальпии действуют как независимые переменные. Эти переменные будут проверены в калориметре из пенополистирола в попытке контролировать тепло, выделяемое каждой из реакций.
Материалы и оборудование:
- 2 калориметра из пенопласта
- Градуированный цилиндр на 100 мл
- Твердый гидроксид натрия (NaOH)
- .25 М раствор соляной кислоты (HCl)
- Термометры
- Цифровые весы
- стеклянная палочка для перемешивания
- мензурка на 200 мл
Процедура:
Реакция 1:
- Поместите 100 мл дистиллированной воды комнатной температуры в стакан и поместите ее в калориметр. Запишите температуру воды, когда она достигла постоянной температуры.
- Измерьте и запишите массу около 2,5 граммов твердого гидроксида натрия и поместите его в воду в калориметре.
- Постоянно перемешивайте и одновременно следите за температурой раствора до полного растворения твердого вещества. Запишите самую высокую температуру, достигнутую во время этого процесса.
- Откажитесь от раствора и промойте стакан водой.
- Повторите этот процесс для трех испытаний, чтобы получить среднее значение для энтальпии реакции.
Реакция 2:
- Повторите шаги 1-4, но вместо 100 мл дистиллированной воды используйте 100 мл 2,5 М соляной кислоты.
- Повторите шаг 6 для трех испытаний, чтобы получить среднее значение энтальпии реакции.
Обработка данных:
Для обеих реакций будет использоваться одно и то же уравнение для определения тепла, выделяемого при реакции: где m равно массе вещества (г), C – удельная теплоемкость воды (Дж / гК), и это изменение температуры (К). Предполагается, что удельная теплоемкость воды составляет 4,184 Дж / гК.
Реакция 1:
Расчет среднего изменения температуры для реакции 1 с использованием всех трех трасс и их неопределенностей:
Испытание 1) Максимально возможное изменение температуры: 28,5 – 21,5 = 7 ° C
Минимально возможное изменение температуры: 27,5 – 22,5 = 5 ° C
Испытание 2) Максимально возможное изменение температуры: 27,5 – 21,5 = 6 ° C
Минимально возможное изменение температуры: 26,5 – 22,5 = 4 ° C
Испытание 3) Максимально возможное изменение температуры: 27,5 – 21,5 = 6 ° C
Минимально возможное изменение температуры: 26,5 – 22,5 = 4 ° C
Средние) Максимальное изменение температуры: oC
Минимальное изменение температуры: oC
Среднее изменение температуры: oC
Изменение температуры должно быть в Кельвинах для расчета выделяемого тепла:
K = oC + 273,15, поэтому среднее изменение температуры в K составляет:
278,45 КБ
Расчет тепла, выделенного по реакции 1, с использованием всех трех испытаний и их неопределенностей:
Испытание 1) Максимально возможное: J
Минимально возможное: J
Испытание 2) Максимально возможное: J
Минимально возможное: J
Испытание 3) Максимально возможное: J
Минимально возможное: J
Средние) Самый высокий: J
Самый низкий: J
Среднее: 2924,24 Дж.
Из этих расчетов средняя теплота, полученная калориметром (J) от реакции 1, диссоциации NaOH (s) в воде, составляет 2924,24 Дж. Следовательно, средняя теплота, выделяемая системой, составляет 2924,24 Дж и = – 2924,24 Дж.
Реакция 2:
Расчет среднего изменения температуры для реакции 1 с использованием всех трех трасс и их неопределенностей:
Испытание 1) Максимально возможное изменение температуры: 31,5 – 21,5 = 10 ° C
Минимально возможное изменение температуры: 30,5 – 22,5 = 8 ° C
Испытание 2) Максимально возможное изменение температуры: 30,5 – 21,5 = 9 ° C
Минимально возможное изменение температуры: 29,5 – 22,5 = 7 ° C
Испытание 3) Максимально возможное изменение температуры: 30,5 – 21,5 = 9 ° C
Минимально возможное изменение температуры: 29,5 – 22,5 = 7 ° C
Средние) Максимальное изменение температуры: oC
Минимальное изменение температуры: oC
Среднее изменение температуры: oC
Изменение температуры должно быть в Кельвинах для расчета выделяемого тепла:
K = oC + 273,15, поэтому среднее изменение температуры в K составляет:
281,45K
Расчет тепла, выделенного по реакции 1, с использованием всех трех испытаний и их неопределенностей:
Испытание 1) Максимально возможное: J
Минимально возможное: J
Испытание 2) Максимально возможное: J
Минимально возможное: J
Испытание 3) Максимально возможное: J
Минимально возможное: J
Средние) Самый высокий: J
Самый низкий: J
Среднее: 2963,59J
Из этих расчетов средняя теплота, полученная калориметром (J) по реакции 1, диссоциации NaOH (s) в HCl (aq), составляет 2963,59 Дж. Таким образом, среднее тепловыделение, выделяемое системой, составляет 2963,59 Дж и = -2963,59 Дж.
Закон Гесса:
Теперь, когда обе составляющие реакции были рассчитаны, необходимо управлять ими, используя закон Гесса, чтобы найти теплоту нейтрализации HCl (aq) и NaOH (aq).
- NaOH (s) Na + (aq) + OH- (aq) = -2924,24 J
- NaOH (s) + H + (aq) + Cl- (aq) Na + (aq) + Cl- (aq) + H2O = -2963,59J
- Na + (aq) + OH- (aq) + H + (aq) + Cl- (aq) Na + (aq) + Cl- (aq) + H2O =?
Если реакция номер один перевернута на обратную реакцию, то продукты и реагенты 1 и 2 будут алгебраически аннулировать друг друга, чтобы сформировать чистое ионное уравнение реакции 3. Затем для реакции 1 умножается на -1, потому что ответная реакция.
- Na + (aq) + OH- (aq) NaOH (s) = 2924,24 J
- NaOH (s) + H + (aq) + Cl- (aq) Na + (aq) + Cl- (aq) + H2O = -2963,59J
- Na + (aq) + OH- (aq) + H + (aq) + Cl- (aq) Na + (aq) + Cl- (aq) + H2O =?
Теперь для реакции 3 можно определить, сложив вместе из реакций 1 и 2. -35,39 Дж.
Принятое значение теплоты нейтрализации между кислотами и основаниями составляет -44,51 Дж, поэтому его можно использовать для расчета процентной ошибки эксперимента.
Ошибка 19,3%
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОЦЕНКА:
До исследования моя гипотеза состояла в том, что первые две реакции можно объединить, добавив противоположность реакции 1 к реакции 2, чтобы получить реакцию 3. Я также предположил, основываясь на законе Гесса, что энтальпия изменяется для эти соответствующие реакции можно объединить таким же образом, чтобы найти общее изменение энтальпии для реакции нейтрализации HCl (водн.) и NaOH (водн.). Моя гипотеза оказалась верной, потому что, перевернув реакцию 1 и добавив ее в реакцию 2, я получил продукты реакции 3 и, следовательно, изменение энтальпии реакции 3, фактически не выполняя саму реакцию 3. Однако в моем эксперименте произошла ошибка 19,3%, так как я получил изменение энтальпии на -39,53 Дж и принятое значение
-44,51 J. Я предположил, что это показало простую нехватку контроля над выходящим из калориметров теплом, которое я использовал. Отверстия на верхушках калориметров, в которые вошли термометры и перемешивающие стержни, были сделаны вручную и могли позволить выделению тепла, что исказило экспериментальные данные. Из-за высокой точности и средней точности эта ошибка считается систематической ошибкой, а не случайной ошибкой.
Одним из основных ограничений этого эксперимента является то, что я не тестировал саму реакцию 3, которая могла бы помочь доказать, что ошибка была систематической, а не случайной. Если бы у меня было общее значение для сравнения значения моего закона Гесса, в дополнение к принятому значению, тогда мой эксперимент мог бы быть более обоснованным. Если бы мне пришлось провести эксперимент снова, я бы реагировал водной соляной кислотой с водным гидроксидом натрия, чтобы усилить эту достоверность. Еще один способ улучшить этот эксперимент – использовать калориметры, которые я использовал. Если бы я мог получить калориметр, в котором уже есть отверстие для термометра, а не делать отверстие, я думаю, что переменные были бы более контролируемыми, а результаты – менее искаженными.
Полимеры представляют собой большие молекулы и имеют одну и ту же структурную единицу, повторяющуюся снова и снова, и эти повторяющиеся единицы известны как мономеры. Эти
Пероксидазы – это оксидоредуктазы, созданные рядом растений и микроорганизмов. Уменьшение количества пероксидаз в непосредственной близости от субстрата, дающего электроны, делает пероксидазы ценными в многочисленных бизнес-приложениях.
Размер первичных частиц ND, полученных методом детонации, хорошо подходит для биомедицинских исследований, продукты детонации должны быть тщательно очищены. В зависимости от материалов и матриц, присутствующих