化学反应摩尔焓变的测定名师制作优质教学资料

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，化学反应的摩尔反应焓变称为化学反应的标准摩尔焓

2、变，用rHm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：2+2+Cu(aq) + Zn( s) = Cu( s) + Zn(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

3、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 ? ? ?Tc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 ） 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：HmcT Jmol 1VncT1kJ mol 1(1)n1000设反应前后溶液的体积不变，则ncCuSOVmol41000式

4、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HVcT1kJmol1cTmol1(2)cCuSO 4 VcCuSO4kJ10001000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

5、dd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（050，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-1硫酸铜（ CuSO4·5H 2O，固体、分析纯） 、锌粉（化学纯） 、硫化钠（ Na2S，0.1molL·）。四 . 实验

6、内容与操作1. 配制硫酸铜溶液计算配制 250mL0.200 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CuSO4·5H 2O 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

7、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 6min 。(5) 实验结束后，打开量热计的盖子，注意动作不宜过猛，要

8、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-1Na2S 溶液，看是否有黑色沉淀物产生，以此检验 Zn 与 CuSO4溶液反加入 1 2 滴 0.1mol ·l应进行的程度。五 . 数据处理1. 数据记录室温：K；CuSO4·5H 2O 晶体的质量 mCuSO4 5 H 2O ：g；CuSO4溶液的浓度 cCuSO ：mol? L -1；4CuSO4 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温反应前 T/K

9、度反应后 T/K时间 t/s温反应前 T/K度反应后 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T 。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-1?H 实验值 _ kJ?mol(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：H 实验值 H理论值百分误差（ %）100H 理论值式中，H 理论指 -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 T ，以减少误差。七. 思考题-11. 配制 250mL 的 0.100mol L· CuSO4 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