實(shí)驗(yàn) 化學(xué)反應(yīng)焓變的測(cè)定

1、實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 化學(xué)反應(yīng)焓變的測(cè)定化學(xué)反應(yīng)焓變的測(cè)定(1) 了解化學(xué)反應(yīng)焓變的測(cè)定原理，學(xué)會(huì)焓變的測(cè)定方法；了解化學(xué)反應(yīng)焓變的測(cè)定原理，學(xué)會(huì)焓變的測(cè)定方法； (2) 熟練掌握精密溫度計(jì)的正確使用。熟練掌握精密溫度計(jì)的正確使用。 1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康? 實(shí)驗(yàn)原理 化學(xué)反應(yīng)通常是在等壓條件下進(jìn)行的，此時(shí)，化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)叫做等壓熱效應(yīng) Q p 。在化學(xué)熱力學(xué)中，則是用反應(yīng)體系焓 H 的變化量 H 來(lái)表示，簡(jiǎn)稱為焓變。為了有一個(gè)比較的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，通常規(guī)定 100kPa 為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)壓力，記為 p 。把體系中各固體、液體物質(zhì)處于 p 下的純物質(zhì)，氣體則在 p 下表現(xiàn)出理想氣體性質(zhì)的純氣體狀態(tài)稱為熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)。在標(biāo)

2、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 r H 表示，下標(biāo)“ r ”表示一般的化學(xué)反應(yīng)，上標(biāo)“ ”表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。在實(shí)際工作中，許多重要的數(shù)據(jù)都是在 298.15K 下測(cè)定的，通常用 298.15K 下的化學(xué)反應(yīng)的焓變，記為r Hm(298.15K) 。 2實(shí)驗(yàn)原理 測(cè)定固體物質(zhì)鋅粉和硫酸銅溶液中的銅離子發(fā)生置換反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)焓變： Zn(s)+CuSO 4 (aq)=ZnSO 4 (aq)+Cu(s) r Hm (298.15K)= - 217kJ mol -1 3反應(yīng)熱的測(cè)量 測(cè)定化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)的儀器稱為量熱計(jì)。對(duì)于一般溶液反應(yīng)的摩爾焓變，可用圖 所示的“保溫杯式”量熱計(jì)來(lái)測(cè)定。3

3、反應(yīng)熱的測(cè)量 在實(shí)驗(yàn)中，若忽略量熱計(jì)的熱容，則可根據(jù)已知溶液的比熱容、溶液的密度、濃度、實(shí)驗(yàn)中所取溶液的體積和反應(yīng)過(guò)程中 ( 反應(yīng)前和反應(yīng)后 ) 溶液的溫度變化，求得上述化學(xué)反應(yīng)的摩爾焓變。其計(jì)算公式如下： r Hm= -T * C * * V * (1 / ) * (1/1000) kJ/mol4實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 用用 50 cm 3 移液管準(zhǔn)確移取移液管準(zhǔn)確移取 200.00 cm 3 的的0.200mol .dm -3 CuSO 4 溶液注入已經(jīng)洗凈，擦干的量熱計(jì)中，蓋緊蓋子，在溶液注入已經(jīng)洗凈，擦干的量熱計(jì)中，蓋緊蓋子，在蓋子中央插有一支最小刻度為蓋子中央插有一支最小刻度為 0.1 的

4、精密溫度計(jì)。的精密溫度計(jì)。 雙手扶正，握穩(wěn)量熱計(jì)的外殼，不斷搖動(dòng)或旋轉(zhuǎn)攪拌子雙手扶正，握穩(wěn)量熱計(jì)的外殼，不斷搖動(dòng)或旋轉(zhuǎn)攪拌子 ( 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速一般為一般為 200300r min -1 ) ，每隔，每隔 0.5min 記錄一次溫度數(shù)值，記錄一次溫度數(shù)值，直至量熱計(jì)內(nèi)直至量熱計(jì)內(nèi) CuSO 4 溶液與量熱計(jì)溫度達(dá)到平衡且溫度計(jì)溶液與量熱計(jì)溫度達(dá)到平衡且溫度計(jì)指示的數(shù)值保持不變?yōu)橹怪甘镜臄?shù)值保持不變?yōu)橹?( 一般約需一般約需 3min) 。 用臺(tái)天平稱取用臺(tái)天平稱取 Zn 粉粉 3.5g 。啟開(kāi)量熱計(jì)的蓋子，迅速向。啟開(kāi)量熱計(jì)的蓋子，迅速向 CuSO 4 溶液中加入稱量好的溶液中加入稱量好的 Zn 粉

5、粉 3.5g ，立即蓋緊量熱計(jì)，立即蓋緊量熱計(jì)蓋子，不斷搖動(dòng)量熱計(jì)或旋轉(zhuǎn)攪拌子，同時(shí)每隔蓋子，不斷搖動(dòng)量熱計(jì)或旋轉(zhuǎn)攪拌子，同時(shí)每隔 0.5min 記錄記錄一次溫度數(shù)值，一直到溫度上升至最高位置，仍繼續(xù)進(jìn)行測(cè)定一次溫度數(shù)值，一直到溫度上升至最高位置，仍繼續(xù)進(jìn)行測(cè)定直到溫度下降或不變后，再測(cè)定記錄直到溫度下降或不變后，再測(cè)定記錄 3min ，測(cè)定方可終止。，測(cè)定方可終止。 5實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄與處理 (1) 反應(yīng)時(shí)間與溫度的變化 ( 每 0.5min 記錄一次 ) 室溫 t= CuSO4溶液的濃度 c(CuSO 4 )= mol/L CuSO4溶液的密度(CuSO 4 )= g/L CuSO4溶液的比

6、熱容 c=4.18Jg-1K-1 (2) 作圖求 T 由于量熱計(jì)并非嚴(yán)格絕熱，在實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)，量熱計(jì)不可避 (3) 實(shí)驗(yàn)誤差的計(jì)算及誤差產(chǎn)生原因的分析 求出反應(yīng)的焓變求出反應(yīng)的焓變(重要重要) 誤差的計(jì)算 誤差產(chǎn)生原因的分析6 思考題 (1) 為什么本實(shí)驗(yàn)所用的 CuSO 4 溶液的濃度和體積必須準(zhǔn)確，而實(shí)驗(yàn)中所用的 Zn 粉則用臺(tái)天平稱量？ (2) 在計(jì)算化學(xué)反應(yīng)焓變時(shí)，溫度變化 T 的數(shù)值，為什么不采用反應(yīng)前 (CuSO 4 溶液與 Zn 粉混合前 ) 的平衡溫度值與反應(yīng)后 (CuSO 4 溶液與 Zn 粉混合 ) 的最高溫度值之差，而必須采用 t-T 曲線外推法得到的 T 值？ (3) 本

7、實(shí)驗(yàn)中對(duì)所用的量熱器、溫度計(jì)有什么要求？是否允許反應(yīng)器內(nèi)有殘留的洗液或水？為什么？ 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 氧化還原與電化學(xué)氧化還原與電化學(xué) (1) 加深對(duì)原電池、電極電勢(shì)的理解；加深對(duì)原電池、電極電勢(shì)的理解； (2) 應(yīng)用電極電勢(shì)判斷物質(zhì)氧化還原能力的相對(duì)強(qiáng)弱；應(yīng)用電極電勢(shì)判斷物質(zhì)氧化還原能力的相對(duì)強(qiáng)弱； (3) 了解測(cè)定原電池電動(dòng)勢(shì)和電對(duì)電極電勢(shì)的方法及影響電了解測(cè)定原電池電動(dòng)勢(shì)和電對(duì)電極電勢(shì)的方法及影響電極電勢(shì)的因素；極電勢(shì)的因素； (4) 了解金屬腐蝕的基本原理及一般防止金屬腐蝕的方法。了解金屬腐蝕的基本原理及一般防止金屬腐蝕的方法。 1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康? 實(shí)驗(yàn)原理 電極電勢(shì)的相對(duì)大小相對(duì)大小可以

8、定量地衡量氧化態(tài)或還原態(tài)物質(zhì)在水溶液中的氧化或還原能力的相對(duì)強(qiáng)弱。電對(duì)的電極電勢(shì)代數(shù)值越大，氧化態(tài)物質(zhì)的氧化能力越強(qiáng)，對(duì)應(yīng)的還原態(tài)物質(zhì)的還原能力越弱；反之亦然。 水溶液中自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)的方向可由電極電勢(shì)數(shù)值加以判斷。在自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)中，氧化劑電對(duì)的電極電勢(shì)代數(shù)值應(yīng)大于還原劑電對(duì)的電極電勢(shì)代數(shù)值。 2實(shí)驗(yàn)原理Nernst 方程式反映了電極反應(yīng)中離子濃度與電極電勢(shì)的關(guān)系： baROROROnFRTEEln)/()/(3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 (1) 應(yīng)用電極電勢(shì)比較氧化劑或還原劑的相對(duì)強(qiáng)弱 1) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備的試劑： H2SO4 (1 mol dm-3 ) ， CCl4 ( 作萃取劑 ) ，

9、KBr(0.1 mol dm-3 ) ， KI(0.1 mol dm-3 ) ， FeCl3 (0.1mol dm-3 ) ， KMnO 4 (0.1 mol dm-3 ) 。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明 I - 的還原能力大于 Br - 的還原能力。 2) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備的試劑： I2 H2O ， Br2 H2O ， CCl4 ， FeSO4 (0.1 mol dm -3 ) ， SnCl2 (0.1 mol dm -3 ) 。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明 Br2 的氧化能力大于 I2 的氧化能力。 寫(xiě)出以上反應(yīng)的現(xiàn)象及有關(guān)反應(yīng)式，并總結(jié)氧化劑、還原劑的強(qiáng)弱與 E ( 電極 ) 的關(guān)系。 選擇合適的氧化劑和還原劑 例：有一

10、含有例：有一含有Cl - - 、Br - - 、I - -的混合溶液，欲使的混合溶液，欲使I - -氧化為氧化為I2，而，而B(niǎo)r - -和和Cl - -不發(fā)生變化不發(fā)生變化. 在常用的氧化劑在常用的氧化劑 H2O2、Fe2(SO4)3 和和 KMnO4中選擇哪中選擇哪一種合適？一種合適？標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)表得：標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)表得：V77. 1V51. 1V36. 1V07. 1V771. 0V535. 0O/HOHMnMnO/ClCl/BrBrFe3FeI /I2222422-22EEEEEE合適選擇因此和卻小于大比342/ClCl/BrBrI /IFe3Fe)SO(Fe,22-22EEEE3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

11、 (3) 原電池原電池 取取 2 只只 50cm 3 燒杯，往一只燒杯中加入燒杯，往一只燒杯中加入 30 cm 3 ZnSO4 溶液，插入連有銅導(dǎo)線的鋅片，往另一只燒杯溶液，插入連有銅導(dǎo)線的鋅片，往另一只燒杯中加入中加入 30 cm 3 CuSO4 溶液，插入連有銅導(dǎo)線的銅片，溶液，插入連有銅導(dǎo)線的銅片，用鹽橋把用鹽橋把 2 只燒杯中的溶液連通，即組成了原電池。只燒杯中的溶液連通，即組成了原電池。 取一張濾紙放在表面皿上并以取一張濾紙放在表面皿上并以 NaCl 溶液潤(rùn)之，再加入溶液潤(rùn)之，再加入 1 滴酚酞指示劑。將上述原電池兩極上的銅導(dǎo)線的兩端滴酚酞指示劑。將上述原電池兩極上的銅導(dǎo)線的兩端隔開(kāi)

12、一段距離并均與濾紙接觸隔開(kāi)一段距離并均與濾紙接觸 ( 如圖如圖 3.7.1 所示所示 ) 。數(shù)。數(shù)分鐘后，觀察濾紙上導(dǎo)線接觸點(diǎn)附近顏色的變化。分鐘后，觀察濾紙上導(dǎo)線接觸點(diǎn)附近顏色的變化。 試寫(xiě)出電解池兩電極上的反應(yīng)，并說(shuō)明導(dǎo)線接觸點(diǎn)附近顏色變化的原因。 3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 (4) 原電池電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定原電池電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定 按下列所示裝置原電池： Zn|ZnSO4 (0.1000mol dm -3 ) CuSO4 (0.1000 mol dm -3 )|Cu 用酸度計(jì)測(cè)定其電動(dòng)勢(shì)，共測(cè)兩次，分別記錄數(shù)據(jù)，取其平均值為 Cu-Zn 原電池的電動(dòng)勢(shì)值。 3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(5) 電極電勢(shì)的測(cè)定及影響電極

13、電勢(shì)的因素電極電勢(shì)的測(cè)定及影響電極電勢(shì)的因素 1) Zn2+ /Zn 電極電勢(shì)的測(cè)定電極電勢(shì)的測(cè)定 按下列所示裝置原電池：按下列所示裝置原電池： Zn|ZnSO4 (0.1000mol dm -3 ) 飽和飽和 KCl |Hg2Cl2 (s)|Hg(Pt) 即將即將 Zn 片和甘汞電極插入片和甘汞電極插入 ZnSO 4 (0.1000 mol dm -3 ) 溶液中，組成一個(gè)溶液中，組成一個(gè) Zn-Hg 原電池，測(cè)其電動(dòng)勢(shì)，記錄測(cè)定的數(shù)值及實(shí)驗(yàn)時(shí)的室溫原電池，測(cè)其電動(dòng)勢(shì)，記錄測(cè)定的數(shù)值及實(shí)驗(yàn)時(shí)的室溫 t ，然后計(jì)算，然后計(jì)算 Zn 2+ /Zn 的電極電勢(shì)。的電極電勢(shì)。 飽和甘汞電極的電極電勢(shì)

14、：飽和甘汞電極的電極電勢(shì)： E 甘汞甘汞 =0.2410V-0.00065(t-25)V 2) Cu2+ /Cu 電極電勢(shì)的測(cè)定電極電勢(shì)的測(cè)定 按下列所示裝置原電池：按下列所示裝置原電池： (Pt)Hg|Hg2Cl2 (s)|KCl( 飽和飽和 ) Cu2+ (0.1000 mol dm -3 )|Cu 即將即將 Cu 片和甘汞電極插入片和甘汞電極插入 CuSO4 (0.1000 mol dm -3 ) 溶液中，組成一個(gè)溶液中，組成一個(gè) Hg-Cu 原電池，測(cè)其電動(dòng)勢(shì)，記錄測(cè)定的數(shù)值及實(shí)驗(yàn)時(shí)的室溫原電池，測(cè)其電動(dòng)勢(shì)，記錄測(cè)定的數(shù)值及實(shí)驗(yàn)時(shí)的室溫 t ，然后計(jì)算，然后計(jì)算 Cu 2+ /Cu 的

15、電極電勢(shì)。的電極電勢(shì)。 3) 濃度對(duì)電極電勢(shì)的影響濃度對(duì)電極電勢(shì)的影響 取出甘汞電極，在取出甘汞電極，在 CuSO4 溶液中緩緩倒入溶液中緩緩倒入 NH3 H2O(6 mol dm -3 ) ，并不斷，并不斷攪拌至生成沉淀又溶解攪拌至生成沉淀又溶解 ( 即生成深藍(lán)色溶液：即生成深藍(lán)色溶液： Cu2+ +4NH3 =Cu(NH3 )4 2+ ) 為為止。測(cè)量此時(shí)的電動(dòng)勢(shì)，并計(jì)算此時(shí)止。測(cè)量此時(shí)的電動(dòng)勢(shì)，并計(jì)算此時(shí) Cu2+ /Cu 的電極電勢(shì)。的電極電勢(shì)。 3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(6) 金屬腐蝕與防護(hù) 1) 腐蝕原電池的形成 取純鋅一小塊，放入裝有 23cm 3 0.1 mol dm -3 HCl

16、溶液的試管中，觀察現(xiàn)象。再取一根銅絲插入試管內(nèi)與鋅塊接觸，觀察現(xiàn)象 ( 注意氣泡發(fā)生的地方 ) 。寫(xiě)出反應(yīng)式并加以解釋。 2) 差異充氣腐蝕 向用砂紙磨光的鐵片上滴 12 滴自己配制的溶液 (1cm 3 NaCl+2 滴 K 2 Fe(CN) 6 +2 滴 1% 酚酞溶液 ) ，觀察現(xiàn)象，靜置約 35min 后再仔細(xì)觀察液滴不同部位所產(chǎn)生的顏色，為什么？寫(xiě)出有關(guān)反應(yīng)式。 3) 金屬腐蝕的防護(hù) 緩蝕劑法：在 2 支試管中各加入 2cm 3 HCl 溶液，并各加入 2 滴 K 3 Fe(CN) 6 溶液，再向其中一試管中加入 10 滴六次甲基四胺，另一試管中加入 10 滴水 ( 使兩試管中 HCl 濃度相同 ) 。選表面積約相等的兩枚小鐵釘，用水洗凈后同時(shí)投入上述兩試管中，靜置一段時(shí)間后觀察現(xiàn)象，并比較兩試管中藍(lán)色出現(xiàn)的快慢與深淺。 陰極保護(hù)法：將一條濾