化學(xué)反應(yīng)焓變的測定.doc

實(shí)驗(yàn)十四 化學(xué)反應(yīng)焓變的測定一、教學(xué)要求：1. 了解測定化學(xué)反應(yīng)焓變的原理和方法；2. 熟悉臺(tái)秤、溫度計(jì)和秒表的正確使用;3. 學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)測量，記錄、整理，計(jì)算等方法;二、預(yù)習(xí)內(nèi)容1. 復(fù)習(xí)無機(jī)及分析化學(xué)有關(guān)熱力學(xué)部分的知識(shí)要點(diǎn)；2. 鋅與硫酸銅的置換反應(yīng)；3. 常用儀器 ：臺(tái)天平、電子天平、溫度計(jì)以及容量瓶的使用方法；三、基本操作1. 臺(tái)天平以及電子天平的使用；2. 溫度計(jì)及秒表的使用；3. 容量瓶的使用；四、實(shí)驗(yàn)原理化學(xué)反應(yīng)過程中，除了發(fā)生物質(zhì)的變化外，還有能量的變化，這種能量變化表現(xiàn)為反應(yīng)熱效應(yīng)，而化學(xué)反應(yīng)通常是在恒壓的條件下進(jìn)行的，此反應(yīng)熱效應(yīng)叫做等壓熱效應(yīng)?；瘜W(xué)反應(yīng)的等壓熱效應(yīng)Qp等于化學(xué)反應(yīng)的摩爾反應(yīng)焓變r(jià)Hm（放熱反應(yīng)為負(fù)值，吸熱反應(yīng)為正值）。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下化學(xué)反應(yīng)的焓變稱為化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)焓變，用rHm表示。反應(yīng)熱效應(yīng)的測量方法很多，本實(shí)驗(yàn)采用普通的保溫杯和精密溫度計(jì)作為簡易量熱計(jì)來測量。假設(shè)反應(yīng)物在量熱計(jì)(圖4-1)中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是在絕熱條件下進(jìn)行的，即反應(yīng)體系(量熱計(jì))與環(huán)境不發(fā)生熱量傳遞。這樣，從反應(yīng)體系前后的溫度變化和量熱器的熱容及有關(guān)物質(zhì)的質(zhì)量和比熱容等，就可以按(1)式計(jì)算出反應(yīng)的熱效應(yīng)。本實(shí)驗(yàn)是1.溫度計(jì) 2.攪棒3.膠塞 4.保溫杯 5.CuSO4溶液 圖 4-1 保溫杯式簡易量熱計(jì)裝置以鋅粉和硫酸銅溶液發(fā)生置換反應(yīng)：在298.15K和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，1mol鋅置換硫酸銅溶液中的銅離子，放出218.7kJ的熱量。 由溶液的比熱和反應(yīng)前后溶液的溫度變化，可求得上述反應(yīng)的焓變。計(jì)算公式如下： （1）式中： 反應(yīng)的焓變(kJmol-1)； 反應(yīng)前后溶液的溫度變化(K)； c 溶液的熱容(Jg-1K-1)(取4.18)； V 溶液的體積(mL)； r 溶液的密度(gmL-1)(近似以1.00計(jì)); n 溶液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量;由于此系統(tǒng)非嚴(yán)格地絕熱，在反應(yīng)液溫度升高的同時(shí)，量熱計(jì)的溫度也相應(yīng)提高，而計(jì)算時(shí)又忽略此項(xiàng)內(nèi)容，故會(huì)造成溫差的偏差。在處理數(shù)據(jù)時(shí)可采用外推法，按圖42中虛線外推至反應(yīng)開始的時(shí)間圖解求得反應(yīng)系統(tǒng)的最大溫升值T，這樣可較客觀地反映出由反應(yīng)熱效應(yīng)引起的真實(shí)溫度變化值。由上式可見，本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵在于能否測得準(zhǔn)確的溫度值。為獲得準(zhǔn)確的溫度變化T，除精細(xì)觀察反應(yīng)時(shí)的溫度變化外, 還要對(duì)影響T的因素進(jìn)行校正。其校正的方法是：在反應(yīng)過程中，每隔30秒記錄一次溫度，然后以溫度（T）對(duì)時(shí)間（t）做圖，繪制Tt曲線，如圖所示。將曲線AB和CD線段分別延長，再做垂線EF，與曲線交與G點(diǎn)，且使CEG和BFG所圍二塊面積相等，此時(shí)E和F對(duì)應(yīng)的T值之差即為校正后的溫差T。圖 42 溫度校準(zhǔn)曲線五、實(shí)驗(yàn)步驟1. 用臺(tái)稱稱取3.0 g鋅粉；（思考題1）2. CuSO4溶液的配制：在電子天平上稱取約5.0000 g CuSO45H2O 放入燒杯中，加入適量的蒸餾水使其全部溶解，然后轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中。用少量（每次約10mL）的蒸餾水將燒杯淋洗3次，將淋洗液全部倒入容量瓶中，最后加蒸餾水稀釋至刻度。塞緊容量瓶瓶塞，將其反復(fù)翻轉(zhuǎn)10次以上，使其中溶液充分混勻。（思考題2）（思考題3）（思考題4）3. 鋅與硫酸銅反應(yīng)熱效應(yīng)的測定：將配制好的CuSO4溶液全部倒入干燥、潔凈的保溫杯中（盡量倒干凈），塞好插有溫度計(jì)和攪拌棒的瓶塞，調(diào)節(jié)溫度計(jì)和攪拌棒的高度，使溫度計(jì)的水銀球全部浸入溶液中，但又不與攪拌棒和杯壁接觸。旋轉(zhuǎn)攪棒，不斷攪拌溶液，每隔30秒記錄一次溫度，至溶液與量熱器達(dá)到乎衡，溫度保持恒定(約2分鐘)。迅速向溶液中加入3.0 g鋅粉，立即蓋好蓋子，仍不斷攪拌，并繼續(xù)每隔30秒記錄一次溫度，至溫度上升到最高值后再繼續(xù)測2分鐘。記錄記入下列表格中。（思考題5）（思考題6）（思考題7）（思考題8）（思考題9）（思考題10）4. 反應(yīng)時(shí)間與溫度的變化：時(shí)間 t(min) 溫度 T() 階 段加鋅粉前加鋅粉后 思考題1：為什么可以使用臺(tái)秤進(jìn)行稱量？思考題2：為什么要用電子天平？思考題3：使用容量瓶前應(yīng)該進(jìn)行哪些準(zhǔn)備工作？思考題4：如果不小心加入太多水會(huì)帶來什么影響？不分三次可以嗎？思考題5：為什么保溫杯要保持干燥、潔凈？思考題6：沒有把硫酸銅溶液倒干凈會(huì)產(chǎn)生什么影響？思考題7：溫度計(jì)的水銀球如果不小心跟保溫杯壁接觸會(huì)有什么后果？思考題8：如果沒有攪拌或者攪拌不均勻會(huì)有什么影響？思考題9：如果溫度沒有達(dá)到恒定就加入鋅粉可以嗎？思考題10：溫度上升到最高值后為什么要再繼續(xù)測2分鐘呢？答案 1：由于鋅粉要求過量，所以可以粗略稱量；答案 2：由于反應(yīng)焓變要根據(jù)溶質(zhì)硫酸銅的物質(zhì)的量來求算，所以要精確稱量；答案 3：必須把容量瓶清洗干凈并進(jìn)行檢漏；答案 4：如果加水太多可能會(huì)導(dǎo)致還沒有把溶質(zhì)完全轉(zhuǎn)移進(jìn)容量瓶就已經(jīng)滿了，而每次加少量水并分為三次轉(zhuǎn)移可以把溶質(zhì)盡量全部轉(zhuǎn)移到容量瓶中；答案 5：為了不改變硫酸銅溶液的濃度和體積，否則會(huì)在計(jì)算時(shí)帶來誤差；答案 6：全部倒入跟少量剩余時(shí)反應(yīng)前后的溫差是不同的，所以會(huì)帶來誤差；答案 7：由于保溫杯并非理想絕熱材料，實(shí)際中杯壁的溫度要比內(nèi)部溶液的溫度低，所以如果反應(yīng)前后溫度計(jì)水銀球位置發(fā)生變化則會(huì)導(dǎo)致DT偏高或者偏低；答案 8：都會(huì)導(dǎo)致所測溫度不準(zhǔn)，DT誤差大；答案 9：不可以，初始溫度不準(zhǔn)，DT誤差大；答案 10：由于保溫杯并非理想絕熱材料，所以溫度最高點(diǎn)要比理想偏低，所以可以采用外推法進(jìn)行求算，故應(yīng)該繼續(xù)測量2分鐘左右為宜。六、存在的問題1. 保溫杯沒有保持干燥、潔凈；2. 稱量鋅粉與五水硫酸銅時(shí)沒有分清是否該精確稱量；3. 沒有等保溫杯跟硫酸銅溶液達(dá)到熱平衡就加入鋅粉反應(yīng)；4. 等要加入鋅粉反應(yīng)時(shí)卻發(fā)現(xiàn)沒有稱量好；5. 加入鋅粉時(shí)動(dòng)作不夠迅速；6. 溫度計(jì)水銀球沒有完全插入液面下就進(jìn)行讀數(shù)；七、深入討論八、測試題測試題1：實(shí)驗(yàn)中所用的鋅粉不必用電子天平稱?。?）A. 正確； B. 錯(cuò)誤；測試題2：該實(shí)驗(yàn)對(duì)于硫酸銅溶液的濃度要求比較精確（ ）A. 正確； B. 錯(cuò)誤；測試題3：保溫杯可以不用保持干燥、潔凈（ ）A. 正確； B. 錯(cuò)誤；測試題4：對(duì)于T的值，可以由反應(yīng)前后的最低溫度和