化学反应摩尔焓变的测定

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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

2、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)

3、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nmol，则反应的焓变为：(1)设反应前后溶液的体积不变，

4、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

5、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

6、溶液计算配制250mL0.200mol•L-1CuSO4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

7、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5～6min。(5)实验结束后，打开量热计的

8、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Z