化学反应摩尔焓变的测定.docx

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化学反应摩尔焓变的测定

化学反应摩尔焓变的测定

实验1化学反应摩尔焓变的测定

一.实验目的

1.了解测定化学反应摩尔焓变的原理和方法；

2.学习物质称量、溶液配制和溶液移取等基本操作；

3.学习外推法处理实验数据的原理和方法。

二.背景知识及实验原理

化学反应过程中，除物质发生变化外，还伴有能量变化。

这种能量变化通常表现为化学反应的热效应（简称为化学反应热）。

化学反应通常是在等温、等压、不做非体积功的条件下进行的，此时反应热效应亦称作等压热效应，用Qp表示。

化学反应的等压热效应（Qp）在数值上等于化学反应的摩尔反应焓变（△rHm）（热力学规定放热反应为负值，吸热反应为正值）。

在标准状态下，化学反应的摩尔反应焓变称为化学反应的标准摩尔焓变，用△rHmθ表示。

化学反应焓变或化学反应热效应的测定原理是：

在绝热条件下（反应系统不与量热计外的环境发生热量交换），使反应物仅在量热计中发生

c—反应后溶液的质量热容（J•g-1•K-1）

∆T—为反应前后溶液的温度之差（K），经温度计测量后由作图外推法确定；

V—反应后溶液的体积（mL）

ρ—反应后溶液的密度（g•mL-1）

设反应前溶液中CuSO4的物质的量为nmol，则反应的焓变为：

（1）

设反应前后溶液的体积不变，则

式中，CCuSO4——反应前溶液中CuSO4的浓度（mol•.L-1）

将上式代入式

（1）中，可得

（2）

由于此系统非严格绝热体系，因而在反应液温度升高的同时，量热计的温度也相应提高，而计算时忽略此项内容，故会造成温差的偏差。

故在处理数据时可采用外推法，按图2中虚线外推至反应开始的时间，图解求得反应系统的最大温升值T，这样则可较客观地反映出由反应热效应引起的真实温度变化值。

在图2中，线段bc表明量热计热量散失的程度。

考虑到散热从反应一开始就发生，因此应将该线段延长，使与反应开始时的纵坐标相交于d点。

图中ddˊ所示的纵坐标值，即为外推法补偿的由热量散失造成的温度差。

为获得准确的外推值，温度下降后的实验点应足够多。

T2与T1的差值即为所求的∆T。

图2温度校准曲线

三.实验仪器和药品

1.仪器

电子天平、烧杯（100mL）、试管、滴管、移液管（50mL）、容量瓶（250mL）、洗瓶、玻璃棒、滤纸、精密温度计（0～50℃，具有0.1℃分度）、放大镜、秒表、量热计（杯口橡皮塞中开一个插温度计的孔，搅拌方式可采用磁力搅拌器或手握保温杯震荡）。

2.药品

硫酸铜（CuSO4·5H2O，固体、分析纯）、锌粉（化学纯）、硫化钠（Na2S，0.1mol·L-1）。

四.实验内容与操作

1.配制硫酸铜溶液

计算配制250mL0.200mol•L-1CuSO4溶液所需CuSO4·5H2O的质量（要求三位有效数字），并在电子天平上称取所需的CuSO4·5H2O晶体。

然后将其倒入烧杯中，加入少量去离子水，用玻璃棒搅拌，待硫酸铜完全溶解后，将该溶液沿玻璃棒注入洁净的250mL容量瓶中；再用少量去离子水淋洗烧杯和玻璃棒数次，连同洗涤液一起注入容量瓶中，最后加水至刻度。

旋紧瓶塞，将瓶内溶液混合均匀。

2.化学反应焓变的测定

（1）称取3g锌粉。

（2）洗净并擦干用作量热计的保温杯。

用移液管移取100mL配制好的硫酸铜溶液于量热计中。

同时注意调节量热计中温度计安插的高度，使其水银球能浸入溶液中，又不触及容器底部。

将洁净干燥的搅拌子放入量热计中，然后盖上量热计盖子。

（3）采用磁力搅拌器进行搅拌。

用秒表每隔30s记录一次读数。

直至溶液与量热计达到热平衡，而温度保持恒定（约需2min）。

（4）迅速往溶液中加入称好的锌粉，并立即盖紧量热计的盖子。

同时记录开始反应的时间，继续不断摇荡或搅拌，并每隔15－20s记录一次读数（应读至0.01℃，第二位小数是估计值）；为了便于观察温度计读数，可使用放大镜。

直至温度上升到最高温度读数后，再每隔30s继续测定5～6min。

（5）实验结束后，打开量热计的盖子，注意动作不宜过猛，要边旋转边慢慢打开，以免将温度计折断。

（6）取少量反应后的澄清溶液置于一试管中，观察溶液的颜色（蓝色是否消失），随后加入1～2滴0.1mol·l-1Na2S溶液，看是否有黑色沉淀物产生，以此检验Zn与CuSO4溶液反应进行的程度。

五.数据处理

1.数据记录

室温：

K；

CuSO4·5H2O晶体的质量

：

g；

CuSO4溶液的浓度

：

mol•L-1；

CuSO4溶液的温度：

________K；

VmL溶液中CuSO4的物质的量（或生成铜的物质的量）n：

_________mol；

温度随实验时间的变化：

时间t/s

温度

反应前T/K

反应后T/K

时间t/s

温度

反应前T/K

反应后T/K

2.数据处理：

用作图纸作图或电脑绘图，横坐标表示时间，每隔20s用1cm；纵坐标表示温度，每度用1cm。

求出

。

计算结果：

从曲线上测得的∆T________K。

3.反应焓变实验值的求算与实验误差计算

（1）根据式

（1）或式

（2）计算反应的焓变，反应后溶液的比热容c，可近似地用水的比热容代替，为4.18J•g-1•K-1

反应后溶液的密度ρ可取为1.03g•mL-1，量热计自身所吸收的热量可忽略不计。

计算结果：

生成1mol铜所放出的热量∆H实验值_________kJ•mol-1

（2）计算实验的百分误差，并分析产生误差的原因。

误差计算公式如下：

百分误差（%）＝

式中，

＝-217.23kJ•mol-1

计算结果：

百分误差________%。

六.注意事项

1.硫酸铜称量要精确；

2.锌粉加入要迅速，立即塞紧塞子；

3.计时、计温要准确；

4.采用外推法求

，以减少误差。

七.思考题

1.配制250mL的0.100mol·L-1CuSO4溶液的方法和操作时的注意事项有哪些？

计算所需CuSO4·5H2O晶体的质量。

2.根据298.15K时单质和水合离子的标准摩尔生成焓的数值，计算本实验反应的标准摩尔焓变，并用

rH

（298.15）估算本实验的

T（K）。

3.所用的量热计是否允许有残留的水滴？

为什么？

4.为什么不取反应物混合后溶液的最高温度与刚混合时的温度之差，作为实验中测定的

T数值，而要采用作图外推的方法求得？

作图与外推中有哪些应注意之处？