化学反应摩尔焓变的测定

1、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

2、变，用rhm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反应，并使量热计及其内物质的温度发生改变。通过反应系统在反应前后的温度变化，以及有关物质的质量和比热，可以计算出反应的热效应值。实验中溶液反应的焓变值测定采用如图1所示的简易量热计进行测定，通过测定cuso4溶液与zn粉的反应进行焓变值的获取。图1保温杯式量热计cuso4溶液与zn粉的反应式为：cu2+(aq) + zn(s) = cu(s) + zn2+(aq)由于该反应速率较快，且能进行得相当完全。实验中若使用过量zn粉，则cuso4溶液中cu2+可认

3、为完全转化为cu。系统中反应放出的热量等于溶液所吸收的热量。在简易量热计中，反应后溶液所吸收的热量为：qp =m c t=v c t式中： m反应后溶液的质量（g）； c反应后溶液的质量热容（j g -1k-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） 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n mol，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

4、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dd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(2

5、50ml)、洗瓶、玻璃棒、滤纸、精密温度计（050，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（cuso45h2o，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250ml 0.200 mol l-1 cuso4溶液所需cuso45h2o的质量（要求三位有效数字），并在电子天平上称取所需的cuso45h2o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；

6、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

7、搅拌，并每隔1520s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56min。(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12滴0.1moll-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；cuso45h2o晶体的质量： g；cuso4溶液的浓度： mol l-1；cuso4溶液的温度：_k

8、； v ml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/k2.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4.18 jg-1k-1反应后溶液的密度可取为1.03gm l-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 _ kjmol-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， -217.23kjmol-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0.100moll-1cuso4溶液的方法和操作时的注意事项有哪些？计算所需cuso45h2o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