化学反应摩尔焓变的测定.doc

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变，用△rHmθ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 • ρ• 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 -1•K-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） ρ—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ddˊ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（0～50℃，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（CuSO4·5H2O，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CuSO4·5H2O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15－20s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5～6min5) 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1～2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： g；CuSO4溶液的浓度： 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 J•g-1•K-1反应后溶液的密度ρ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（%）＝式中， ＝ -217.23kJ•mol-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0.100mol·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时单质和水合离子的标准摩尔生成焓的数值，计算本实验反应的标准摩尔焓变，并用rH (298.15)估算本实验的T(K)3. 所用的量热计是否允许有残留的水滴？为什么？4. 为什么不取反应物混合后溶液的最高温度与刚混合时的温度之差，作为实验中测定的T数值，而要采用作图外推的方法求得？作图与外推中有哪些应注意之处？非物质文化遗产是指各族人民世代传承的，与群众生活密切相关的各种传统文化表现形式和文化空间，包括民俗活动、表演艺术、传统知识和技能以及与之相关的器具、实物、手工制品等。