中和热的测定

中和热的测定

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，计算弱酸的离解热。

二、实验原理

一摩尔的一元强酸溶液与一摩尔的一元强碱溶液混合时，所产生的热效应是不随着酸或碱的种类而改变的，因为这里所研究的体系中各组分是全部电离的。因此，热化学方程式可用离子方程式表示：

H＋+OH＝＝H20 ΔH中和＝一57．36kJ·mol－1

上式可作为强酸与强碱中和反应的通式。由此还可以看出，这一类中和反应与酸的阴离子或碱的阳离子并无关系。

若以强碱(NaOH)中和弱酸(CH3COOH)时，则与上述强酸、强碱的中和反应不同。因为在中和反应之前，首先是弱酸进行解离，其反应为：

CH3COOH ＝ H＋+CH3COO—ΔH解离

H＋+OH＝＝H20 ΔH中和

总反应：CH3COOH+OH—＝H20+CH3COO—ΔH

由此可见，ΔH是弱酸与强碱中和反应总的热效应，它包括中和热和解离热两部分。根据盖斯定律可知，如果测得这一反应中的热效应ΔH以及ΔH中和，就可以通过计算求出弱酸的解离热ΔH解离。

三、仪器和试剂

数字式贝克曼温度计; 杜瓦瓶; 量筒; 秒表；双路可跟踪直流稳定电源；浓度各为1.0mol的NaOH、HCI和CH3COOH溶液。

四、操作步骤

1、实验准备

清洗仪器。打开数字式贝克曼温度计，预热5分钟。调节基温选择按钮至20~C，按下温度/温差按键，使表盘显示温差读数(精确至0．001℃)。打开直流稳压电源，调节电压10.0V。连接稳压直流电源与量热计。

2．量热计常数的测定

用量筒量取500ml蒸馏水注入用净布或滤纸擦净的杜瓦瓶中，轻轻塞紧瓶塞。接通电源，调节旋钮记下10.0V时电流读数。均匀搅拌4分钟。然后，切断电源，每分钟记录一次贝克曼温度计的读数，记录10分钟。读第10个数的同时，接通电源，并连续记录温度。在通电过程中，电流、电压必须保持恒定(随时观察电流表与电压表，若有变化必须马上调节到原来指定值)。记录电流、电压值。通电4分钟后，停止通电。继续搅拌及每隔一分钟记录一次水温，测量10分钟为止。用作图法确定由通电而引起的温度变化ΔT1。按上述操作方法重复两次，取其平均值。

3、中和热的测定

取50ml 1mol.l-1 NaOH溶液注入碱贮存器中。用量筒量取400ml蒸馏水注入用净布或滤纸擦挣的杜瓦瓶中，然后加入50ml 1mol.l-1 HCl溶液。轻轻塞紧瓶塞，用搅拌器均匀搅拌，并记录温度(每分钟一次)。计10个数后，将碱贮存器稍稍提起，用玻璃棒将胶塞捅掉(不要用力过猛，以免玻璃棒碰破杜瓦瓶之内壁而损害仪器)。捅掉胶塞后，即将碱贮存器上下移

动两次，使碱液全部流出。此后不断搅拌，并继续每隔一

分钟记录一次温度。待温度变化缓慢后，再记录10分钟

就停止测定。用作图法确定ΔT2。按上述方法重复两次，

取其平均值。

4．表观中和热的测定

用CH3COOH代替HCI，重复上述操作，求ΔT3。

5．实验结束

断水、断电，清洗仪器，清理实验桌。

五、数据记录和处理

1．温度变化的校正一雷诺曲线法

图中凸点相当于开始通电加热或开始反

应之点，c点为观察到的最高温度读数

点，由于杜瓦瓶和外界的热量交换，曲

线ab及cd经常发生倾斜。EE'表示环境

辐射进来的热量所造成量热计温度的升

高，必须扣除。FF'表示量热计向环境辐

射出热量而造成量热计温度的降低，必

须加入。因此作图确定出ΔT1、ΔT2、ΔT3

注意：此法校正时，体系温度与外界温度最好不超过2～3℃，否则会引进误差。

2．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ΔT1，由焦耳一楞次定律可得：Q＝UIt＝KΔT1。

式中：Q为通电所产生的热量(J)：I为电流强度(A)：U为电压(V)：t为通电时间(s)；ΔT1为通电使温度升高的数值(℃)；K为量热计常数其物理意义是量热计每升高1℃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。由上式可得： K＝UIt/ΔT1(平均值)代入上式，求出量热计常数K。

3．中和热的计算

反应的摩尔热效应可表示为：ΔH ＝－KΔT×1000/cV

式中：c为溶液的浓度：V为溶液的体积(mL)：ΔT为体系的温度升高值。

利用上式，将K及ΔT2及ΔT3(平均值)代入，分别求出强酸、弱酸与强碱中和反应的摩尔热效应ΔH中和和ΔH。利用盖斯定律求出弱酸分子的摩尔离解热ΔH解离，即：ΔH解离＝ΔH－ΔH中和

六、思考讨论题

1．本实验是用电热法求得量热计常数，试考虑是否可用其他方法?能否设计出一个实验方案来？

2．试分析测量中影响实验结果的因素有哪些?

七、参考资料

1．彭少方，物理化学实验，第35页，高等教育出版社(1963)。

2．DanielsandStaff，ExperimentalPhysicalChemistry，4th，Chapter 3§8(1949)．