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1、化學(xué)反應(yīng)(huxu fnyng)熱效應(yīng)的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)(shyn)目的1學(xué)會(huì)測(cè)定化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)的一般(ybn)原理和方法,測(cè)定鋅與硫酸銅反應(yīng)的熱效應(yīng)。2學(xué)習(xí)準(zhǔn)確濃度溶液的配制方法。3掌握利用外推法校正溫度改變值的作圖方法。二、實(shí)驗(yàn)原理對(duì)一化學(xué)反應(yīng),當(dāng)生成物的溫度與反應(yīng)物的溫度相同,且在反應(yīng)過程中除膨脹功以外不做其它功時(shí),該化學(xué)反應(yīng)所吸收或放出的熱量,稱為化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)。若反應(yīng)是在恒壓條件下進(jìn)行的,則反應(yīng)的熱效應(yīng)稱為恒壓熱效應(yīng)Qp,且此熱效應(yīng)全部增加體系的焓(H),所以有H = Qp 式中H為該反應(yīng)的焓變。對(duì)于放熱反應(yīng)rHm為負(fù)值,對(duì)于吸熱反應(yīng)rHm為正值。例如,在恒壓條件下,1mol鋅置換硫酸銅
2、溶液中的銅離子(lz)時(shí),放出216.8 kJ的熱量,即Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu rHm=216.8 kJmol-1測(cè)定化學(xué)反應(yīng)(fnyng)熱效應(yīng)的基本原理是能量守恒定律,即反應(yīng)所放出的熱量促使反應(yīng)體系溫度的升高。因此,對(duì)上面的反應(yīng),其熱效應(yīng)與溶液的質(zhì)量(m)、溶液的比熱(c)和反應(yīng)前后體系溫度的變化(T )有如下關(guān)系Qp = - (cmT+KT) 式中K為熱量計(jì)的熱容量,即熱量計(jì)本身每升溫1度所吸收(xshu)的熱量。由溶液的密度(d)和體積(V)可得溶液的質(zhì)量,即m=dV 若上述反應(yīng)以每摩爾鋅置換銅離子時(shí)所放出的熱量(千焦)來表示,綜合以上三式,可得rHmQp/n-
3、1/1000n(cdv+K)T (1) 式中 n為V毫升溶液中的物質(zhì)的量。熱量計(jì)的熱容量可由如下方法求得:在熱量計(jì)中首先(shuxin)加入溫度為T1、重量(zhngling)為W1的冷水、再加入(jir)溫度為T2、重量為W2的熱水,二者混合后,水溫為T,則熱量計(jì)得熱為 q0=(T-T1)K 冷水得熱為 q1=(T-T1)W1c水 熱水失熱為 q2=(T2-T)W2c水 因此 q0=q2-q1 綜合以上四式可得熱量計(jì)的熱容量為K=c水w2-(T2-T1)-W1(T-T1) /(T-T1)式中 c水為水的比熱。若熱量計(jì)本身所吸收的熱量忽略不計(jì),則(1)式可簡(jiǎn)化為rHmQp/n-cdvT/100
4、0n由上式可見,本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵在于能否測(cè)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T-t曲線。三、實(shí)驗(yàn)(shyn)設(shè)備及材料 儀器(yq):保溫杯熱量計(jì), 精密(jngm)溫度計(jì),容量瓶,量筒,洗瓶,玻璃棒,移液管, 分析天,臺(tái)秤,秒表。藥品:硫酸銅溶液(0.200 molL-1), 鋅粉 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1c (CuSO4) = 0.200 molL-1 CuSO4溶液的配制在電子天平上稱取12.484 g CuSO45H2O 放入燒杯中,加入適量
5、的蒸餾水使其全部溶解,然后轉(zhuǎn)移至250mL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。2熱量計(jì)熱容量的測(cè)定(1)首先用臺(tái)秤稱量干燥的熱量計(jì)(包括膠塞、溫度計(jì)、攪拌棒)的重量,然后用量筒量取50 mL自來水加入其中,再稱重,并記錄兩次稱量的重量。慢慢攪拌幾分鐘,待體系溫度穩(wěn)定后,記錄此時(shí)的溫度讀數(shù)t1。(2)另準(zhǔn)備(zhnbi)50 mL熱水約比熱量計(jì)中的水高(2025) ,準(zhǔn)確測(cè)定水的溫度t2后,迅速倒入熱量計(jì)中,蓋好蓋子并不斷(bdun)攪拌,同時(shí)注意升至最高點(diǎn)后,記錄
6、此時(shí)的溫度讀數(shù)t3。 3鋅與硫酸銅反應(yīng)(fnyng)熱效應(yīng)的測(cè)定(1)用50mL移液管吸取100.00mL 0.200molL-1 CuSO4溶液,放入干燥的熱量計(jì)中,蓋好蓋子,在不斷攪拌的條件下,每隔20秒記錄一次溫度讀數(shù),至溫度穩(wěn)定時(shí)溫度t4。再記錄58個(gè)溫度讀數(shù)。(2)用臺(tái)秤稱取3g鋅粉,加入熱量計(jì)中,迅速蓋緊蓋子,與此同時(shí)開始記錄時(shí)間及溫度變化。在不斷攪拌的條件下,每隔20秒記錄一次溫度讀數(shù)。至溫度迅速上升時(shí),可每隔10秒記錄一次溫度讀數(shù)。至溫度升到最高點(diǎn)后,再記錄34分鐘的溫度變化為 止,該最高溫度為t5。 五、數(shù)據(jù)記錄 1.熱量計(jì)熱容量測(cè)定記錄室溫: 大氣壓力:測(cè)溫度t1: t/s
7、 0 20 40 60 -溫度/測(cè)溫度(wnd)t2: t/s 0 20 40 60 -溫度/測(cè)溫度(wnd)t3: t/s 0 20 40 60 -溫度/2.鋅與硫酸銅反應(yīng)(fnyng)熱效應(yīng)的測(cè)定記錄t/s 0 20 40 60 -溫度/3.熱量計(jì)熱容測(cè)定冷水溫度t1=熱水溫度t2=混合水溫度t3=熱水降低溫度t2-t3=冷水升高溫度t3-t1=則熱量計(jì)熱容(r rn)Cp=4.鋅與硫酸銅置換(zhhun)反應(yīng)熱H的測(cè)定(cdng)硫酸銅溶液t4=反應(yīng)后溶液t5=反應(yīng)中升溫t= t5- t4= 溶液的體積V=硫酸銅或生成銅的物質(zhì)的量n=熱量計(jì)熱容Cp=設(shè)溶液的比熱容近似水的比熱容c=4.18J.g-1.K-1;溶液的密度近似水的密度=1.0g/mL,則:反應(yīng)的熱效應(yīng)H=5.已知在恒壓下,上述置換反應(yīng)的焓變H=-218.7kJ/mol。計(jì)算實(shí)驗(yàn) 相對(duì)誤差并分析造成誤差的原因。六、 思考題1實(shí)驗(yàn)中硫酸銅的濃度和體積要求比較精確,為什么鋅粉只用臺(tái)秤稱量?2.實(shí)驗(yàn)中哪些操作易產(chǎn)生誤差(wch)應(yīng)加以注意??jī)?nèi)容總結(jié)(1)化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)的測(cè)定一、
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