過(guò)氧化氫與硫酸亞鐵反應(yīng)熱的測(cè)定.doc

過(guò)氧化氫與硫酸亞鐵反應(yīng)熱的測(cè)定丁 雙 勝 安 紅 綱*（河西學(xué)院化學(xué)系，甘肅 張掖 734000）摘 要：反應(yīng)過(guò)程中所釋放出的熱量對(duì)我們的日常生活及其工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著重要的意義而反應(yīng)的熱量問(wèn)題在化工生產(chǎn)上有著舉足輕重的作用，因此，研究與討論反應(yīng)熱的測(cè)定很有必要本文設(shè)計(jì)了采用錐形瓶簡(jiǎn)易裝置測(cè)定過(guò)氧化氫與硫酸亞鐵的反應(yīng)熱結(jié)果表明：該實(shí)驗(yàn)方法測(cè)量反應(yīng)熱效果好，且操作便潔，易于觀察反應(yīng)過(guò)程中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象關(guān)鍵詞：反應(yīng)熱；測(cè)定；過(guò)氧化氫；硫酸亞鐵；硫酸中圖分類(lèi)號(hào)：O6-3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-0520（2004）05 0025-03熱力學(xué)是一門(mén)研究能量互相轉(zhuǎn)變過(guò)程中所遵循的法則的一門(mén)科學(xué)1它是不需要知道物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，只能從能量的觀點(diǎn)出發(fā)即可得到一系列規(guī)律的科學(xué)在解釋問(wèn)題時(shí)主要應(yīng)用Born-Habber 循環(huán)，而且自身對(duì)化學(xué)現(xiàn)象無(wú)法解釋，作為熱力學(xué)分支的熱效應(yīng)，在其工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著非常重要的作用而所有的化學(xué)反應(yīng)總是伴隨著能量的變化，這種變化通常稱之為熱效應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中體系吸收或放出的熱量稱為反應(yīng)熱，所釋放出的熱量對(duì)我們?nèi)粘Ｉ罴捌涔まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著重要的意義，而且反應(yīng)的熱量問(wèn)題，在化工生產(chǎn)上有著舉足輕重的作用反應(yīng)熱是熱力學(xué)中的重要數(shù)據(jù)，通常用 H 來(lái)表示，是通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定因此，研究與討論反應(yīng)熱測(cè)定很有必要本實(shí)驗(yàn)在借鑒H2O2的分解熱測(cè)定2、中和熱的測(cè)定3、通過(guò)對(duì)化學(xué)反應(yīng)熱的測(cè)定4、氫氧化鈉和醋酸中和熱的測(cè)定5、鎂和鹽酸反應(yīng)熱的測(cè)定5的基礎(chǔ)上，對(duì)原有實(shí)驗(yàn)的測(cè)量方法作了改進(jìn)在原有實(shí)驗(yàn)中理論值與測(cè)量值的誤差較大，即H2O2分解熱測(cè)定和鎂和鹽酸反應(yīng)熱的測(cè)定中，由于反應(yīng)過(guò)程中有氣體放出，放出的氣體將部分反應(yīng)熱帶走，從而使其實(shí)驗(yàn)值小于理論值；氫氧化鈉和醋酸中和熱的測(cè)定中，由于醋酸是一弱酸存在電離平衡，產(chǎn)生熱量小于理論熱量，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏小于理論值；化學(xué)反應(yīng)熱的測(cè)定中，由對(duì)于量熱計(jì)熱容的忽略，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)值小于理論值本實(shí)驗(yàn)H2O2與 FeSO4的反應(yīng)完善了以前實(shí)驗(yàn)中的缺陷：無(wú)氣體放出，產(chǎn)生熱量大, 并對(duì)量熱計(jì)的熱容進(jìn)行了測(cè)量，用錐形瓶代替以往的保溫杯，使實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單化，容易掌握，便于操作，而且誤差在 1% 范圍內(nèi)，是一可行方案1 實(shí)驗(yàn)原理利用過(guò)氧化氫和硫酸亞鐵在酸性溶液中反應(yīng)生成水和鐵離子所放出的熱量來(lái)測(cè)定反應(yīng)的熱效應(yīng)H2O2(l) 2Fe2(aq) 2H(aq) 2H2O(l) 2Fe3 (aq)2 實(shí)驗(yàn)部分2.1 試劑與儀器30% H2O2(A.R)， FeSO4. 7H2O(A.R)， （濃）H2SO4（A.R）溫度計(jì)兩支（0-50 、分刻度為0.1 和量程為100 普通溫度計(jì)）保溫杯、錐形瓶、量筒、燒杯、秒表、吸耳球、橡膠塞、吸濾紙2.2 實(shí)驗(yàn)2.2.1 量熱計(jì)熱容的測(cè)定2.2.1.1 錐形瓶熱容的測(cè)定（Cp）按圖 1 裝配好錐形瓶簡(jiǎn)易量熱計(jì)裝置用量簡(jiǎn)易取75.0ml 蒸餾水，倒入干凈的錐形瓶中，塞好塞子，用手搖動(dòng)錐形瓶盡可能不要液體濺到塞子上，以防止液體體積變化，同時(shí)，手不能接觸錐形瓶的下部以免手溫與瓶中的液體發(fā)生熱傳遞幾分鐘后用精密溫度計(jì)觀測(cè)溫度，若連續(xù)3 分鐘溫度不變，記下溫度T1再量取75.0ml 蒸餾水，倒入100ml 燒杯中將其置于溫度高于室溫20的熱水浴中，放置10-15min 后，用精密溫度計(jì)準(zhǔn)確讀出熱水浴溫度T2，此前，用100 溫度計(jì)測(cè)量，熱水的溫度絕對(duì)不能高于50 ，迅速將此水倒入錐形瓶中，塞好塞子，以上述同樣的方法搖動(dòng)錐形瓶在倒熱水的同時(shí)，按動(dòng)秒表，記錄溫度，直到體系溫度不在變化或等速下降為止倒盡瓶中的水，用吸水紙擦干待用2.2.1.2 用同樣方法測(cè)定保溫杯的熱容2.2.2 過(guò)氧化氫與硫酸亞鐵反應(yīng)熱的測(cè)定2.2.2.1 用錐形瓶測(cè)定過(guò)氧化氫與硫酸亞鐵的反應(yīng)熱分別取50.0ml 0.42mol/l FeSO4 溶液和50.0ml，0.5mol/lH2SO4溶液，依次倒入錐形瓶，塞好塞子，緩緩搖動(dòng)錐形瓶，用精密溫度計(jì)觀測(cè)溫度3min，當(dāng)溫度不變時(shí)，記下溫度T1再量取50.0ml，0.194mol/.lH2O2用精密溫度計(jì)測(cè)其溫度，當(dāng)其溫度與T1 相同時(shí)，迅速將H2O2倒入錐形瓶中，塞好塞子，立即搖動(dòng)，若H2O2的溫度與T1不 同 時(shí) ， 可用手握或冷水使其變?yōu)門(mén)1以保證反應(yīng)是在相同溫度下進(jìn)行的，在倒H2O2的同時(shí)，按動(dòng)秒表，記錄溫度，直到記下最高溫度T22.2.2.2 用保溫杯測(cè)過(guò)氧化氫與硫酸亞鐵的反應(yīng)熱（方法同上）3 結(jié)果與討論3.1 量熱計(jì)熱容的計(jì)算表1 數(shù)據(jù)記錄時(shí)間/s102030507090錐形瓶 溫度/ 33.834.033.933.833.833.7保溫杯溫度/ 33.433.633.833.833.733.6對(duì)表1 的曲線I 與曲線II 分別用外推法作圖得錐形瓶的最高溫度為：34.05 ，保溫杯的最高溫度為：33.87 近似處理瓶與杯的溫差為：0.21 ，外推得瓶與杯的溫差為：0.18，用外推法所得的誤差在溫度計(jì)的讀數(shù)范圍之內(nèi)用外推法所得的誤差與近似處理所得的溫差基本上相同按 2.2.1 的方案做實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表 2表 2 量熱計(jì)熱容 CP的計(jì)算保 溫 杯錐 形 瓶近似處理外推所得近似處理外推所得冷水溫度T/k299.85299.85300.25300.25熱水溫度T2 /K315.15315.15315.35315.35冷熱水混合后的溫度T3 /K306.95307.02307.15307.20冷（熱）水的質(zhì)量/ g75.075.075.075.0水的質(zhì)量熱容CH2O/J/g/K4.1844.1844.1844.184量熱計(jì)熱容 CP/J/K48.642.059.154.2從表2 中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，將實(shí)驗(yàn)中所測(cè)得的最大溫度近似認(rèn)為實(shí)驗(yàn)中的最高溫計(jì)算所得Cp 比用外推法所得最高溫計(jì)算所得的Cp 大3.2 過(guò)氧化氫與硫酸亞鐵反應(yīng)熱的測(cè)定表3 數(shù)據(jù)記錄時(shí)間/s102030507090錐形瓶 溫度/ 30.630.730.830.830.730.7保溫杯溫度/ 30.330.630.630.630.530.5對(duì)表3 中的曲線和曲線分別用外推作圖法得錐形瓶的最高溫度為30.84 保溫杯的最高溫度為30.64 近似處理后瓶與杯的溫差為：0.2 外推法所的最高溫度差為 0.2 可知近似處理與外推法求的最高溫度差相等30.64 近似處理后瓶與杯的溫差為：0.2 外推法所的最高溫度差為 0.2 可知近似處理與外推法求的最高溫度差相等按 2.2.2 方案做實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 4表4 過(guò)氧化氫與硫酸亞鐵反應(yīng)熱的計(jì)算保 溫 杯錐 形 瓶近似處理外推所得近似處理外推所得反應(yīng)前的溫度T1/k299.65299.65299.45299.45反應(yīng)后的溫度T2 /K303.95303.99303.75303.79T /K4.404.344.3034.34H2O2溶液的體積v/ml50.050.050.050.0FeSO4溶液的體積v/ml50.050.050.050.0H2SO4溶液的體積為v/ml50.050.050.050.0量熱計(jì)的吸收的總熱量/J22952.82959.02907.72906.1H2O2的反應(yīng)熱H/KJ/moI2304.4305.1299.8299.6與理論值的比較百分誤差/%0.57%0.78%-0.97%-1.12%從表4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在室溫條件下，完全可以用近似處理的最大溫度來(lái)代替用外推做圖法求反應(yīng)中的最高溫度，這樣既減少了作圖的繁瑣，又使計(jì)算方便簡(jiǎn)單由數(shù)據(jù)可知，改用錐行瓶做此實(shí)驗(yàn)完全可行且效果較好4 結(jié)論4.1 本實(shí)驗(yàn)用全新的試劑硫酸亞鐵和過(guò)氧化氫的反應(yīng)代替了以往實(shí)驗(yàn)中所用的試劑，彌補(bǔ)了以往實(shí)驗(yàn)的不足，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論值更好地相符4.2 本實(shí)驗(yàn)在保溫杯的基礎(chǔ)上采用錐形瓶作簡(jiǎn)易量熱裝置測(cè)定反應(yīng)熱，這是一種較為新穎的測(cè)定反應(yīng)熱的方法，此方法不僅操作方便，而且易于觀察反應(yīng)過(guò)程中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象4.3 由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知用錐形瓶測(cè)量時(shí)誤差在1% 內(nèi)，用保溫杯測(cè)量時(shí)誤差在2% 內(nèi)，根據(jù)有關(guān)資料2可知，本實(shí)驗(yàn)允許誤差范圍在 10%4.4 實(shí)驗(yàn)證明用錐形瓶做簡(jiǎn)易量熱計(jì)裝置測(cè)反應(yīng)熱，在室溫條件下，反應(yīng)中的熱量散失很少，所以用實(shí)驗(yàn)中所測(cè)的最大溫度代替用外推法所得的最高溫是完全可行的，同時(shí)減少了用外推法做圖法求最高溫度的繁瑣4.5 實(shí)驗(yàn)測(cè)得最大溫度與外推法求出的最高溫度最大相差0.07 ，而本實(shí)驗(yàn)的讀數(shù)誤差為0.1 ，進(jìn)一步說(shuō)明在室溫條件下，用錐形瓶做此實(shí)驗(yàn)效果較好參考文獻(xiàn)：1 北京師范大學(xué)，等校編無(wú)機(jī)化學(xué) ( 上 )( 第三版 )M北京：高等教育出版社，20022 北京師范大學(xué)，等校編無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn) ( 第三版 )M北京：高等教育出