化学反应摩尔焓变的测定

1、实验1化学反应摩尔始变的测定1 .实验目的1 . 了解测定化学反应摩尔始变的原理和方法；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。2 .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始变（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始变称为化学反应的标准摩尔始变，用

2、rHm9表不。化学反应始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。实验中溶液反应的燃变值测定采用如图1所示的简易量热计进行测定，通过测定CuSO4溶液与Zn粉的反应进行始变值的获取。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） + Zn 2+（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

3、认为完全转化为 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 ? p? CT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 -1?K-1）?T一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）厂反应后溶液的密度（g ?mL-1）设反应前溶液中 CuSO4的物质的量为n mol,则反应的始变为:m?c? T1H J ? molV? ?c? T ? 1n设反应前后溶液的体积不变，则1000kJ ?mol 1 (1)c V .Ccuso4 ?mol4 1000式中，CC

4、USO4反应前溶液中 CuSO4的浓度（mol?.L-1）将上式代入式（1）中，可得V ? ?c? T 11?c? T1(2)H?一 ?kJ ? mol一kJ ? mol(2)CCUSO4 ?V1000CCUSO41000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

5、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 (250mL) 、洗瓶、玻璃棒、滤纸、精密温度计(050C,具有0.1 C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(CuSO4 5H2。，固体、分析纯)、锌粉(化学纯)、硫化钠(Na2S, 0.1mol L-1)。 四 .

6、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CuSO4 5H2。的质量(要求三位有效数 字)，并在电子天平上称取所需的CuSO4 5H2O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； 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

7、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，继续不断摇荡或搅拌，并每隔1520s记录一次读数(应读至0.01 C,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

8、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0.1mol l-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;CuSO4 5H2O 晶体的质量 mcuso4 5H2O :g；CuSO4溶液的浓度 Ccuso4 ：mol? L-1；CuSO4溶液的温度： K;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 反应前T/K度反应后T/K时间t/s温 反应前T/K度反应后T/K2 .数据处理：

9、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 T。计算结果：从曲线上测得的 ？T Ko3 .反应始变实验值的求算与实验误差计算（1）根据式（1）或式（2）计算反应的燃变，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 J?g-1?K-1反应后溶液的密度p可取为1.03g?m 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 kJ?mol-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() = H实验值H理论值 100%H理论值式中， H 理论指 =-217.23kJ?mol-1计算结果：百分误差 %。6 .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T ,以减少误差。7 .思考题1 .配制250mL的0.100mol L-1CuSO4溶液的方法和操作时的注意事项有哪些？计算所需 CuSO4 5H2O晶体的质量。2 .根据298.15K时单质和水