化學(xué)反應(yīng)摩爾焓變的測定

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1、實驗1化學(xué)反應(yīng)摩爾焓變的測定一.實驗?zāi)康?.了解測定化學(xué)反應(yīng)摩爾焓變的原理和方法；2.學(xué)習(xí)物質(zhì)稱量、溶液配制和溶液移取等基本操作；3.學(xué)習(xí)外推法處理實驗數(shù)據(jù)的原理和方法。二.背景知識及實驗原理化學(xué)反應(yīng)過程中，除物質(zhì)發(fā)生變化外，還伴有能量變化。這種能量變化通常表現(xiàn)為化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)（簡稱為化學(xué)反應(yīng)熱）?；瘜W(xué)反應(yīng)通常是在等溫、等壓、不做非體積功的條件下進(jìn)行的，此時反應(yīng)熱效應(yīng)亦稱作等壓熱效應(yīng)，用Qp表示。化學(xué)反應(yīng)的等壓熱效應(yīng)（Qp）在數(shù)值上等于化學(xué)反應(yīng)的摩爾反應(yīng)焓變（△rHm）（熱力學(xué)規(guī)定放熱反應(yīng)為負(fù)值，吸熱反應(yīng)為正值）。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，化學(xué)反應(yīng)的摩爾反應(yīng)焓變稱

2、為化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變，用△rHmθ表示。化學(xué)反應(yīng)焓變或化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)的測定原理是：在絕熱條件下（反應(yīng)系統(tǒng)不與量熱計外的環(huán)境發(fā)生熱量交換），使反應(yīng)物僅在量熱計中發(fā)生反應(yīng)，并使量熱計及其內(nèi)物質(zhì)的溫度發(fā)生改變。通過反應(yīng)系統(tǒng)在反應(yīng)前后的溫度變化，以及有關(guān)物質(zhì)的質(zhì)量和比熱，可以計算出反應(yīng)的熱效應(yīng)值。實驗中溶液反應(yīng)的焓變值測定采用如圖1所示的簡易量熱計進(jìn)行測定，通過測定CuSO4溶液與Zn粉的反應(yīng)進(jìn)行焓變值的獲取。圖1保溫杯式量熱計CuSO4溶液與Zn粉的反應(yīng)式為：Cu2+(aq)+Zn(s)=Cu(s)+Zn2+(aq)由于該反應(yīng)速率較快，且能進(jìn)行得相當(dāng)完全。

3、實驗中若使用過量Zn粉，則CuSO4溶液中Cu2+可認(rèn)為完全轉(zhuǎn)化為Cu。系統(tǒng)中反應(yīng)放出的熱量等于溶液所吸收的熱量。在簡易量熱計中，反應(yīng)后溶液所吸收的熱量為：Qp=m?c??T=V?ρ?c??T式中：m—反應(yīng)后溶液的質(zhì)量（g）；c—反應(yīng)后溶液的質(zhì)量熱容（J?g-1?K-1）?T—為反應(yīng)前后溶液的溫度之差（K），經(jīng)溫度計測量后由作圖外推法確定；V—反應(yīng)后溶液的體積（mL）ρ—反應(yīng)后溶液的密度（g?mL-1）設(shè)反應(yīng)前溶液中CuSO4的物質(zhì)的量為nmol，則反應(yīng)的焓變?yōu)椋?1)設(shè)反應(yīng)前后溶液的體積不變，則式中，CCuSO4——反應(yīng)前溶液中CuSO4的濃度(mol

4、?.L-1)將上式代入式（1）中，可得(2)由于此系統(tǒng)非嚴(yán)格絕熱體系，因而在反應(yīng)液溫度升高的同時，量熱計的溫度也相應(yīng)提高，而計算時忽略此項內(nèi)容，故會造成溫差的偏差。故在處理數(shù)據(jù)時可采用外推法，按圖2中虛線外推至反應(yīng)開始的時間，圖解求得反應(yīng)系統(tǒng)的最大溫升值T，這樣則可較客觀地反映出由反應(yīng)熱效應(yīng)引起的真實溫度變化值。在圖2中，線段bc表明量熱計熱量散失的程度。考慮到散熱從反應(yīng)一開始就發(fā)生，因此應(yīng)將該線段延長，使與反應(yīng)開始時的縱坐標(biāo)相交于d點。圖中ddˊ所示的縱坐標(biāo)值，即為外推法補償?shù)挠蔁崃可⑹г斐傻臏囟炔?。為獲得準(zhǔn)確的外推值，溫度下降后的實驗點應(yīng)足夠多。T2

5、與T1的差值即為所求的?T。圖2溫度校準(zhǔn)曲線三.實驗儀器和藥品1.儀器電子天平、燒杯（100mL）、試管、滴管、移液管(50mL)、容量瓶(250mL)、洗瓶、玻璃棒、濾紙、精密溫度計（0～50℃，具有0.1℃分度）、放大鏡、秒表、量熱計（杯口橡皮塞中開一個插溫度計的孔，攪拌方式可采用磁力攪拌器或手握保溫杯震蕩）。2.藥品硫酸銅（CuSO4·5H2O，固體、分析純）、鋅粉（化學(xué)純）、硫化鈉（Na2S，0.1mol·L-1）。四.實驗內(nèi)容與操作1.配制硫酸銅溶液計算配制250mL0.200mol?L-1CuSO4溶液所需CuSO4·5H2O的質(zhì)量（要求三位

6、有效數(shù)字），并在電子天平上稱取所需的CuSO4·5H2O晶體。然后將其倒入燒杯中，加入少量去離子水，用玻璃棒攪拌，待硫酸銅完全溶解后，將該溶液沿玻璃棒注入潔凈的250mL容量瓶中；再用少量去離子水淋洗燒杯和玻璃棒數(shù)次，連同洗滌液一起注入容量瓶中，最后加水至刻度。旋緊瓶塞，將瓶內(nèi)溶液混合均勻。2.化學(xué)反應(yīng)焓變的測定(1)稱取3g鋅粉。(2)洗凈并擦干用作量熱計的保溫杯。用移液管移取100mL配制好的硫酸銅溶液于量熱計中。同時注意調(diào)節(jié)量熱計中溫度計安插的高度，使其水銀球能浸入溶液中，又不觸及容器底部。將潔凈干燥的攪拌子放入量熱計中，然后蓋上量熱計蓋子。(3)

7、采用磁力攪拌器進(jìn)行攪拌。用秒表每隔30s記錄一次讀數(shù)。直至溶液與量熱計達(dá)到熱平衡，而溫度保持恒定（約需2min）。(4)迅速往溶液中加入稱好的鋅粉，并立即蓋緊量熱計的蓋子。同時記錄開始反應(yīng)的時間，繼續(xù)不斷搖蕩或攪拌，并每隔15－20s記錄一次讀數(shù)（應(yīng)讀至0.01℃，第二位小數(shù)是估計值）；為了便于觀察溫度計讀數(shù)，可使用放大鏡。直至溫度上升到最高溫度讀數(shù)后，再每隔30s繼續(xù)測定5～6min。(5)實驗結(jié)束后，打開量熱計的蓋子，注意動作不宜過猛，要邊旋轉(zhuǎn)邊慢慢打開，以免將溫度計折斷。(6)取少量反應(yīng)后的澄清溶液置于一試管中，觀察溶液的顏色（藍(lán)色是否消失），隨后

8、加入1～2滴0.1mol·l-1Na2S溶液，看是否有黑色沉淀物產(chǎn)生，以此檢驗Z