过氧化氢与硫酸亚铁反应热的测定.doc

过氧化氢与硫酸亚铁反应热的测定丁 双 胜 安 红 纲*（河西学院化学系，甘肃 张掖 734000）摘 要：反应过程中所释放出的热量对我们的日常生活及其工农业生产有着重要的意义而反应的热量问题在化工生产上有着举足轻重的作用，因此，研究与讨论反应热的测定很有必要本文设计了采用锥形瓶简易装置测定过氧化氢与硫酸亚铁的反应热结果表明：该实验方法测量反应热效果好，且操作便洁，易于观察反应过程中的实验现象关键词：反应热；测定；过氧化氢；硫酸亚铁；硫酸中图分类号：O6-3 文献标识码：A 文章编号：1672-0520（2004）05 0025-03热力学是一门研究能量互相转变过程中所遵循的法则的一门科学1它是不需要知道物质的内部结构，只能从能量的观点出发即可得到一系列规律的科学在解释问题时主要应用Born-Habber 循环，而且自身对化学现象无法解释，作为热力学分支的热效应，在其工农业生产中有着非常重要的作用而所有的化学反应总是伴随着能量的变化，这种变化通常称之为热效应，反应过程中体系吸收或放出的热量称为反应热，所释放出的热量对我们日常生活及其工农业生产有着重要的意义，而且反应的热量问题，在化工生产上有着举足轻重的作用反应热是热力学中的重要数据，通常用 H 来表示，是通过实验来测定因此，研究与讨论反应热测定很有必要本实验在借鉴H2O2的分解热测定2、中和热的测定3、通过对化学反应热的测定4、氢氧化钠和醋酸中和热的测定5、镁和盐酸反应热的测定5的基础上，对原有实验的测量方法作了改进在原有实验中理论值与测量值的误差较大，即H2O2分解热测定和镁和盐酸反应热的测定中，由于反应过程中有气体放出，放出的气体将部分反应热带走，从而使其实验值小于理论值；氢氧化钠和醋酸中和热的测定中，由于醋酸是一弱酸存在电离平衡，产生热量小于理论热量，导致实验结果偏小于理论值；化学反应热的测定中，由对于量热计热容的忽略，导致实验值小于理论值本实验H2O2与 FeSO4的反应完善了以前实验中的缺陷：无气体放出，产生热量大, 并对量热计的热容进行了测量，用锥形瓶代替以往的保温杯，使实验简单化，容易掌握，便于操作，而且误差在 1% 范围内，是一可行方案1 实验原理利用过氧化氢和硫酸亚铁在酸性溶液中反应生成水和铁离子所放出的热量来测定反应的热效应H2O2(l) 2Fe2(aq) 2H(aq) 2H2O(l) 2Fe3 (aq)2 实验部分2.1 试剂与仪器30% H2O2(A.R)， FeSO4. 7H2O(A.R)， （浓）H2SO4（A.R）温度计两支（0-50 、分刻度为0.1 和量程为100 普通温度计）保温杯、锥形瓶、量筒、烧杯、秒表、吸耳球、橡胶塞、吸滤纸2.2 实验2.2.1 量热计热容的测定2.2.1.1 锥形瓶热容的测定（Cp）按图 1 装配好锥形瓶简易量热计装置用量简易取75.0ml 蒸馏水，倒入干净的锥形瓶中，塞好塞子，用手摇动锥形瓶尽可能不要液体溅到塞子上，以防止液体体积变化，同时，手不能接触锥形瓶的下部以免手温与瓶中的液体发生热传递几分钟后用精密温度计观测温度，若连续3 分钟温度不变，记下温度T1再量取75.0ml 蒸馏水，倒入100ml 烧杯中将其置于温度高于室温20的热水浴中，放置10-15min 后，用精密温度计准确读出热水浴温度T2，此前，用100 温度计测量，热水的温度绝对不能高于50 ，迅速将此水倒入锥形瓶中，塞好塞子，以上述同样的方法摇动锥形瓶在倒热水的同时，按动秒表，记录温度，直到体系温度不在变化或等速下降为止倒尽瓶中的水，用吸水纸擦干待用2.2.1.2 用同样方法测定保温杯的热容2.2.2 过氧化氢与硫酸亚铁反应热的测定2.2.2.1 用锥形瓶测定过氧化氢与硫酸亚铁的反应热分别取50.0ml 0.42mol/l FeSO4 溶液和50.0ml，0.5mol/lH2SO4溶液，依次倒入锥形瓶，塞好塞子，缓缓摇动锥形瓶，用精密温度计观测温度3min，当温度不变时，记下温度T1再量取50.0ml，0.194mol/.lH2O2用精密温度计测其温度，当其温度与T1 相同时，迅速将H2O2倒入锥形瓶中，塞好塞子，立即摇动，若H2O2的温度与T1不 同 时 ， 可用手握或冷水使其变为T1以保证反应是在相同温度下进行的，在倒H2O2的同时，按动秒表，记录温度，直到记下最高温度T22.2.2.2 用保温杯测过氧化氢与硫酸亚铁的反应热（方法同上）3 结果与讨论3.1 量热计热容的计算表1 数据记录时间/s102030507090锥形瓶 温度/ 33.834.033.933.833.833.7保温杯温度/ 33.433.633.833.833.733.6对表1 的曲线I 与曲线II 分别用外推法作图得锥形瓶的最高温度为：34.05 ，保温杯的最高温度为：33.87 近似处理瓶与杯的温差为：0.21 ，外推得瓶与杯的温差为：0.18，用外推法所得的误差在温度计的读数范围之内用外推法所得的误差与近似处理所得的温差基本上相同按 2.2.1 的方案做实验，结果见表 2表 2 量热计热容 CP的计算保 温 杯锥 形 瓶近似处理外推所得近似处理外推所得冷水温度T/k299.85299.85300.25300.25热水温度T2 /K315.15315.15315.35315.35冷热水混合后的温度T3 /K306.95307.02307.15307.20冷（热）水的质量/ g75.075.075.075.0水的质量热容CH2O/J/g/K4.1844.1844.1844.184量热计热容 CP/J/K48.642.059.154.2从表2 中实验数据可知，将实验中所测得的最大温度近似认为实验中的最高温计算所得Cp 比用外推法所得最高温计算所得的Cp 大3.2 过氧化氢与硫酸亚铁反应热的测定表3 数据记录时间/s102030507090锥形瓶 温度/ 30.630.730.830.830.730.7保温杯温度/ 30.330.630.630.630.530.5对表3 中的曲线和曲线分别用外推作图法得锥形瓶的最高温度为30.84 保温杯的最高温度为30.64 近似处理后瓶与杯的温差为：0.2 外推法所的最高温度差为 0.2 可知近似处理与外推法求的最高温度差相等30.64 近似处理后瓶与杯的温差为：0.2 外推法所的最高温度差为 0.2 可知近似处理与外推法求的最高温度差相等按 2.2.2 方案做实验结果见表 4表4 过氧化氢与硫酸亚铁反应热的计算保 温 杯锥 形 瓶近似处理外推所得近似处理外推所得反应前的温度T1/k299.65299.65299.45299.45反应后的温度T2 /K303.95303.99303.75303.79T /K4.404.344.3034.34H2O2溶液的体积v/ml50.050.050.050.0FeSO4溶液的体积v/ml50.050.050.050.0H2SO4溶液的体积为v/ml50.050.050.050.0量热计的吸收的总热量/J22952.82959.02907.72906.1H2O2的反应热H/KJ/moI2304.4305.1299.8299.6与理论值的比较百分误差/%0.57%0.78%-0.97%-1.12%从表4 实验数据可知，在室温条件下，完全可以用近似处理的最大温度来代替用外推做图法求反应中的最高温度，这样既减少了作图的繁琐，又使计算方便简单由数据可知，改用锥行瓶做此实验完全可行且效果较好4 结论4.1 本实验用全新的试剂硫酸亚铁和过氧化氢的反应代替了以往实验中所用的试剂，弥补了以往实验的不足，使实验结果和理论值更好地相符4.2 本实验在保温杯的基础上采用锥形瓶作简易量热装置测定反应热，这是一种较为新颖的测定反应热的方法，此方法不仅操作方便，而且易于观察反应过程中的实验现象4.3 由实验数据可知用锥形瓶测量时误差在1% 内，用保温杯测量时误差在2% 内，根据有关资料2可知，本实验允许误差范围在 10%4.4 实验证明用锥形瓶做简易量热计装置测反应热，在室温条件下，反应中的热量散失很少，所以用实验中所测的最大温度代替用外推法所得的最高温是完全可行的，同时减少了用外推法做图法求最高温度的繁琐4.5 实验测得最大温度与外推法求出的最高温度最大相差0.07 ，而本实验的读数误差为0.1 ，进一步说明在室温条件下，用锥形瓶做此实验效果较好参考文献：1 北京师范大学，等校编无机化学 ( 上 )( 第三版 )M北京：高等教育出版社，20022 北京师范大学，等校编无机化学实验 ( 第三版 )M北京：高等教育出