化学反应摩尔焓变的测定

目录

实验一化学反应摩尔焓变的测定 (1)

实验二氧化还原反应与电化学 (9)

实验三醋酸解离度和解离常数的测定 (18)

实验四自来水硬度的测定 (23)

实验五聚乙烯醇甲醛反应制备胶水 (27)

实验一化学反应摩尔焓变的测定

一、实验目的

1．了解测定反应的摩尔焓变的原理和方法；

2．学习称量、溶液配制和移取的基本操作；

3．学习实验数据的作图法处理。

二、实验原理

化学反应通常是在恒压条件下进行的，反应的热效应一般指的就是恒压热效应q p 。化学热力学中反应的摩尔焓变 r H m数值上等于q p，因此，通常可用量热的方法测定反应的摩尔焓变。对于一般溶液反应（放热反应）的摩尔焓变，可用简易量热计测定。该量热器采用玻璃保温杯制成，并附有数显温度计（可精确读至

本实验测定C U SO4溶液与锌粉反应的摩尔

焓变：

C U2+(aq)+Zn(s)=Cu(s)+Zn2+(aq)

为了使反应完全，使用过量的锌粉。

下，于量热计中发生反应，即反应系统不与量热计外的环境发生热交换，这样，

量热计及其盛装物质的温度就会改变。从反应系统前后温度变化及有关物质的热

容，就可以计算中出该反应系统放出的热量。

但由于量热计并非严格绝热，在实验时间内，量热计不可避免地会与环境发

生少量热交换；采用作图外推的方法（参见实验图1.2）,可适当地消除这一影响。

若不考虑量热计吸收的热量,则反应放出的热量等于系统中溶液吸收的热量:

q p=m s c s∆T=V sρs c s∆T

式中q p——反应中溶液吸收的热量，J；

m s——反应后溶液的质量，g；

c s——反应后溶液的体积，j·g-1·K-1；

V s——反应后溶液的体积，ml；

ρs——反应后溶液的密度，g·mL-1。

设反应前溶液中C u SO4的物质的量为nmol，则反应的摩尔焓变以kJ·mol-1计为

∆r H m=－V sρs c s∆T/100n (1.1)

设反应前后溶液的体积不变，则

n=c(C u SO4) ·V s/1000

式中c(C u SO4)为反应前溶液中C u SO4的浓度，mol·L-1。

将上式代入式（1.1）中，得：

∆r H m=－1000V sρs c s∆T/[1000c(C u SO4)V S]

=－ρs c s∆T／c(C u SO4) (1.2) 若考虑量热计的热容，则反应放出的热量q’p等于系统中溶液吸收的热量q p 与量热计吸收的热量之和：

q'p=-(m c c s·∆T+C b·∆T)=-( V sρs c s+C b)∆T (1.3)

式中C b表示热量计的热容，单位为J·K-1，可采用实验内容2的方法测定。

综上所述，考虑量热计热容时，反应的摩尔焓变∆r H m的计算公式为：

∆r H m=-[（V sρs c s+C b）∆T]/[ c(C u SO4)·Vs] (1.4) 在101.325kPa和298.15k时，锌与C u SO4溶液反应的标准摩尔焓变的理论值可由有关物质的标准摩尔生成焓算出；∆r H mΘ(298.15k)为—218.66kJ·mol-1。

三、实验用品

1．仪器与材料

台式天平（公用），烧杯（100ml），试管，试管架，滴管，量筒（100ml），容量瓶（250ml），洗瓶，玻璃棒，滤纸片，数显温度计（0～50℃或0～100℃，具有0.1℃分度）,量热计，电磁搅拌器，秒表，恒温水浴锅。

2．试剂

硫酸铜C u SO4·5H2O（固，分析纯），硫化钠Na2S（0.1·L-1）,锌粉(化学纯)。

四、实验步骤

1．准确浓度的硫酸铜溶液的配制

实验前计算好配制250ml0.100mol·L-1 C u SO4溶液所需C u SO4·5H2O的质量（要求3位有效数字）。

在台天平上称取所需的C u SO4·5H2O晶体，并将它倒入烧杯中。加入少量去离子水，用玻璃棒搅拌。待硫酸铜完全溶解后，将此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2～3次，洗涤溶液也一并注入容量瓶中，最后加去离子水至刻度。盖紧瓶塞，将瓶内溶液混合均匀。

2．量热计热容C

的测定

b

（1）洗净并擦干（用滤纸片）量热计反应杯。用量筒准确量取60ml冷水并注入反应杯中，放入搅拌子，盖上盖子，务必使温度传感器的玻璃端浸入水中，但不能太深，以防止搅拌时打碎传感器探头。

（2）将量热计放在电磁搅拌器上，接通电源，搅拌溶液，转速以使水产生0.5～1cm深的旋涡为宜。每隔30s读取一次量热计中冷水的温度，边读边记录直至量热计中的水温保持热平衡（约3min）。

（3）用量筒量取100ml热水（温度比冷水高20～25℃左右），将温度计插入水中，待温度计的温度上升到最高且开始下降后，每隔30s读取一次温度读数，连续测定3min后（不能停秒表），将量筒中的热水迅速全部倒入量热计中，立即盖上盖子，并及时、准确继续读取混合后的水温（先每10s一次测一分钟，再每30s测一次），连续测定8min。

（4）实验结束，打开量热计盖子，倒出量热计中的水，擦干反应杯和搅拌子备用。

冷水温度T

c 取测定的恒定值，热水温度T

h

和混合水的温度T

m

可由作图外推法

求得（参见实验图1.1）

3．反应的摩尔焓变的测定

（1）在台式天平上称取1.5g锌粉（托盘上放称量纸），并将锌粉倒入量热计中。

（2）洗净并擦干刚用过的有反应杯，并使其冷却至室温。用量筒量取100ml 配制好的硫酸铜溶液，注入量热计中（量热计是否事先要用硫酸铜溶液洗涤几次，为什么？使用量筒有哪些应注意之处？），盖上量热计盖子。

（3）开动电磁搅拌器，不断搅拌溶液，并用秒表每隔30s记录一次温度读数。注意要边读数边记录，直至溶液与量热计达到热平衡，而温度保持恒定（一般约需3min）。

（4）加入锌粉，并同时开启秒表，记录开始反应的时间，继续不断搅拌，并