化学反应焓变的测定

化学反应焓变的测定彭经天 刘喆摘要：化学反应过程中，除了发生物质的变化外，常伴有能量的变化，化学反应热在化工生产上有着十分重要的意义，本文中设计了采用热量计，量筒等建议装置测定五水合硫酸铜与锌粉的反应热，结果表明：该实验方法测量反应热直观，实验易于操作，又便于观察的特点。 关键词:焓变；反应热；测定；硫酸铜；锌。 1 实验原理 本实验采取普通的保温杯和精密温度计作为简易量热计来测量。假设反应物在量热计中进行的化学反应是在绝热条件下进行的，即反应体系与环境不发生热传递。这样，从反应体系前后温度变化和量热器的热容及有关物质的质量和比热容等，就可以按（1）式计算出反应的热效应。在298.15K和标准状态下，1mol锌置换出硫酸铜溶液中的铜离子，放出218.7kj的热量。Cu2+(aq)+Zn(s)=Zn2+(aq)+Cu(s) rHm= 218.7kj/molQP=(cm+CP)T c溶液比热（J/g/k） m溶液的质量 Cp热量计的热熔 热水失热=4.184(J/g/k)m(T2-T3) 冷水得热=4.184(J/g/k)m(T3-T1) 热量计得热=Cp(T3-T1) Cp=4.184(J/g/k)m（T2+T1-2T3)/(T3-T1) rHm （T）=-Qp1/n2 实验部分2.1 试剂与仪器 试剂：CuSO45H2O(S) 5.0000g；Zn(S) 3.0000g；蒸馏水；热水； 仪器：精密温度计一支（050C,分度值为0.1C）；分析天平； 保温杯；烧杯；量筒（50mL）；秒表；橡皮圈；吸耳球；真空泵；容量瓶（100mL）； 大烧杯；小烧杯。2.2 实验2.2.1 量热计热容Cp的测定洗净并擦干用作热量计的保温杯，量筒量取50mL冷蒸馏水，置于量热计中；用手握住保温杯摇动，每隔30秒记录一次量热计中冷水的温度，边读边记，待温度稳定后用精密温度计测定冷蒸馏水温度，记下读书为T1；再用量筒量取50mL冷蒸馏水倒入大烧杯中，向大烧杯中倒入适量热水，把小烧杯放入大少杯中进行水浴加热10-15分钟，并用精密温度计随时测量小烧杯中蒸馏水温度的变化，直至小烧杯中蒸馏水温升高至T2，取出小烧杯，迅速将所的热蒸馏水倒入量热计与冷蒸馏水混合，塞紧量热计盖子，同时迅速插入精密温度计（在精密温度与量热计孔隙处套上橡皮圈），摇动保温杯，再倒热水的同时，按动秒表每10秒记录一次，直到温度不再变化或者等速下降为止，最后测得混合温蒸馏水最高温度为T3.倒尽保温杯中水，擦干。2.2.2 准确浓度的CuSO4溶液的配制 在电子天平上称取约5.0000g CuSO45H2O放入烧杯中，加入适量的蒸馏水搅拌使其全部溶解，然后转移至100mL容量瓶钟。用少量的蒸馏水将烧杯搅拌棒淋洗3次，将淋洗液全部倒入容量瓶中，最后加入蒸馏水稀释至刻度。塞紧容量瓶瓶塞，将其反复翻转10次以上，使其中溶液充分混匀。2.2.3 锌与硫酸铜反应摩尔焓变的测定 （1）用电子天平准确量取5.0000g CuSO45H2O(S)； （2）将配制好的硫酸铜溶液 全部倒入干燥，洁净的保温杯中，塞好瓶塞，调节温度及和搅拌棒的高度，使温度计的水银球放入溶液中，但不与杯壁接触。每隔30秒记录一次热量计中冷水的温度，边读边记录，直至溶液与热量计达到平衡，温度保持恒定。（3）将锌粉全部倒入保温杯中，盖紧杯盖，精密温度计上加上橡皮圈，同时用手抓住杯把不断轻轻晃动，使杯中溶液混合均匀。每隔30秒记录一次温度，至温度上升到最高值后再继续测2分钟。3 结果与讨论 （1） 热量计热容Cp的测定冷水时间/S0306090120150180210240温度/16.9 17.0 17.2 17.3 17.5 17.8 17.9 18.0 18.2 热水时间/S0温度/36.8混合后时间S/01020304050608090温度/26.426.125.725.325.12524.924.724.5反应的变化 温度反应9030反应温度反应时间（2）摩尔焓变的测定加锌粉前时间/S0306090120150180210温度/18.218.318.318.418.4218.4718.518.5加锌粉后时间/S0306090120150温度/27.828.127.927.727.627.6 （3）数据处理热量计热容Cp=4.184J/g/k m(T1+T2-2T3)/(T3-T1)=60.31JQP=(cm+CP)T ； rHm=- QP1/n ；n=1/m(m=250 CuSO45H2O) ；计算结果得： rHm=205.524 kJ/mol 实验误差 ： 百分误差=( rHm实验值 -rHm理论值）/rHm理论值100 ； =1.54%4 结论4.1 本实验在保温杯的基础上采用锥形瓶做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，此方法不仅操作简单，而且易于观察反应过程中的实验现象。4.2由实验数据可知用保温杯测量得误差为1.54%偏小，实验总体来说还算较成功。4.3实验误差分析1锌粉过量，多余的锌粉会吸收硫酸铜与锌反应的反应热 ；2. 空气，保温杯中的空气会吸收硫酸铜与锌反应的反应热 ； 3. 保温杯，无法测出保温杯的温度变化，只能近似的取溶液的温度变化 参考文献1北京师范大学，等校编，无机化学实验（第二版）【M】.北京：高等教育出版社