实验3中和热的测定

1、实验中和热的测定实验的教学要求学生应通过量热实验，掌握热化学的主要研究手段，并以此为基础，分析过程中能量的来源及变化情况。本 实验的具体要求是：学生应通过中和热的测定，明确量热实验的基本方法。掌握量热计的构造原理及特点，并能独立设计测定非反应体系热效应(例如溶解热、稀释热等)的仪器构 造及操作过程。学会测定量热计常数的几种方法，比较各自的优点与不足。了解中和反应所用酸的种类及浓度对中和热引起的偏差及其原因。实验内容一、实验目的1、掌握中和热的测定方法2、通过中和热的测定，计算弱酸的解离热。二、实验原理在一定温度、压力和浓度下，一摩尔的H+和一摩尔OH-完全发生中和反应时放出的热叫中和热。对于强

2、酸和 强碱来说，由于其在水溶液中几乎全部电离，所以其中和反应实际上是H+OH-H2O,由此可见，这类反应的中和热与酸的阴离子无关，故任何强酸和强碱的中和热都相同。而对于弱强弱碱来说，它们在水溶液中没有完 全电离，因此，在反应的总热效应中还包含着弱酸弱碱的电离热，如以强碱(NaOH )中和弱酸(HAc )时，其在中和 反应之前，首先进行弱酸的电离，故其中和反应情况可以表示如下：HAc=H+Ac-AH电离H+OH- = H2OAH 中和总反应HAc+OH- = H2O+Ac-AH中和由此可见，AH中和是弱酸与强碱中和反应的总热效应，它包括中和热和电离热两部分。根据盖斯定律可知, 如果测得这一反应的

3、AH中和和AH中和。就可以计算出弱酸的电离热AH电离。即：AH中和=AH中和+AH电离AH电离=AH中和-AH中和如果中和反应是在绝热良好的杜瓦瓶中进行，让酸和碱的起始温度相同，同时使碱稍微过量，以使酸能被中 和完全，则中和放出的热量可以全部为溶液和量热计所吸收，这时可写出如下的热平衡式：M酸“酸 AH=-KAT(2)1000 中和式中M酸酸的浓度(mol dm-i)；V酸酸得体积(dm3)；H中和反应温度下的中和热(Jmol-1)；K量热计热容量(JK-1)；(表示量热器各部分热容量之和，亦即加热此量热器系统，使温度升高1 K所需的热量) T溶液真实温差，可用雷诺图解法求得。测定量热计热容K

4、有两种方法：化学标定法和电热标定法。前者是将已知热效应的标准样品放在量热计中反 应使其放出一定热量；后者是在溶液中输入一定的电能，然后根据己知热量和温升，按(2)式计算出K。前一种 方法可以用强酸(HCl)和强碱(NaOH )在量热计中反应，利用其己知的中和热和测得的温升，计算量热计热容量。 测得量热计的热容量K后，就可以在相同条件下测定未知反应的反应热了。三、实验仪器和药品 TOC o 1-5 h z SWC-ZH中和热(焓)测定装置1套；量筒(500ml)1只；移液管(25ml )3支；1mol - dm-3的 HCl 溶液，1mol - dm-3的 NaOH 溶液，1mol - dm-3

5、CH3COOH 溶液。四、实验步骤仪器准备打开机箱盖，将仪器平稳地放在实验台上，将传感器3T100插头接入后面版传感器座，用配置的加热功 率输出线接入“I+”、“I-” “红-红”、兰-兰”，接入220V电源。打开电源开关，仪器处于待机状态，待机指示灯亮，预热十分钟。将量热杯放在反应器的固定架上。量热常数K的测定用水擦净量热杯，量取500ml蒸馏水注入其中，放入搅拌磁珠，调节适当的转速。将O型圈套入传感器并将传感器插入量热杯中(不要与加热丝相碰)，将功率输入线两端接在电热丝两 接头上。按“状态转换”键切换到测试状态(测试指示灯亮)，调节“加热功率”调节旋钮，使其输出所需功率(一般为)，再次按“

6、状态转换”键切换到待机状态，并取下加热丝两端任一夹子。待温度基本稳定后，按“状态转换”键切换到测试状态，仪器对温差自动采零，设定“定时”60s,蜂 鸣器响，记录一次温差值即1分钟记录1次。当记录下第十个读数时，夹上取下的加热丝一端的夹子，此时为加热的开始时刻。连续记录温差和计时， 根据温度变化大小可调整读数的间隔，但必须连续计时。用雷诺校正作图法确定 T1。中和热的测定将量热杯中的水倒掉，用干布擦净，重新用量筒量取!00ml蒸僧水注入其中，然后加入50ml 1mol dm-3 的HCl溶液。再取50ml 1mol dm-3的NaOH溶液注入碱储液管中，仔细检查是否漏液。适当调节磁珠的转速，盖好

7、瓶盖，每分钟记录一次温差，记录10分钟。然后迅速拔出玻璃棒，加入碱溶液(不要用力过猛，以免相互碰撞而损坏仪器)。继续每隔一分钟记录 一次温差(注意整个过程时间是连续记录的)。加入碱溶液后，温度上升，待体系中温差几乎不变并维持一段时间即可停止测量。用作图法确定T2。醋酸解离热的测定用1mol dm-3CH3COOH溶液代替HCl溶液，重复上述3操作，求出AT,。将作图法求得的 T1、电流强度I、电压U和通电时间代入下式中，计算出热量计常数K。IUtK =AT1(1)将量热计常数K及作图法求得的T2、七分别代入下式中(式中C=1mol dm-3,V=50ml),计算出中和和rHmA H中和=V x

8、 1000KAT ,A H =-x 1000(2) 将中和和凡代入下式中，计算出醋酸摩尔解离热 rH解离。五、数据记录和处理将数据记录于下表:P=t=实验次数T值T1T2T311量热计常数的计算由实验可知，通电所产生的热量使量热计温度上升由焦耳一愣次定律 可得:Q=Uh = KM式中：Q为通电所产生的热量(J); J为电流强度(A)；U为电压(V)； t为通电时间(s)；T为通电使温度升高的 数值(C)； K为量热计常数，其物理意义是量热计每升高1C所需之热量。它是由杜瓦瓶以及其中仪器和试剂的 质量和比热所决定的。当使用某一固定量热计时，K为常数。由(3)式可得：(4)将丁卜平均值)代入(4)

9、式，求出量热计常数K。中和热的计算反应的摩尔热效应可表示为:式中：C为溶液的浓度；V为溶液的体积(mL)；T为体系的温度升高值。利用(5)式，将K及AT平均值)代入，求出盐酸与氢氧化钠溶液的中和反应的摩尔中和热AH中和。解离热的计算利用式，将K及 T3(平均值)代入，求出弱酸与强碱中和反应的摩尔热效应AH。利用盖斯定律求出弱酸 分子的摩尔解离热AH解离，即：= AH AH 中和六、实验关键本实验的目的是研究1摩尔强碱为不同的酸中和时所放出的热量，所以实验中所用酸的浓度要略高于碱的 浓度，或使酸的用量略多于碱的量，以使碱全部被中和。为此，应在实验后用酚酞指示剂检查溶掖的酸碱性。实验所用NaOH溶

10、液必须用丁二酸或草酸进行标定，并且尽量不含CO32-，所以最好现用现配。七、讨论试验中通常采用机械搅拌的方式使体系温度均匀并反应充分，这就引进了非体积功。所以严格说来，此时 反应热与烩变不相等，二者相差一非体积功，即 H = Q-W。同时由于搅拌产生热量也对实验结果有一定的影响。实验中将酸碱的热容视为与水相同，并假设量热计完全绝热，这与实际情况都有出入，必然导致一定的 误差。当碱贮瓶中的NaOH溶液加入量热计中时，伴有碱的稀释热发生，所测结果中包含了这部分误差。虽然强酸强碱中和热均可表示为H3O+OHT2H2。但多元酸与弱酸一样，存在着解离及离子水合过程，因此测得的中和热值也与一元强酸不同。建议让学生分 别测定不同的酸(HCI、HNO3、H2SO4、HAc等)与NaOH反应的中和热，并将测定结果进行分析比较，找出偏差的原 因。如果所