化学反应热效应的测定

化学反应热效应的测定

一、实验目的

1．学会测定化学反应热效应的一般原理和方法，测定锌与硫酸铜反应的热效应。

2．学习准确浓度溶液的配制方法。

3．掌握利用外推法校正温度改变值的作图方法。

二、实验原理

对一化学反应，当生成物的温度与反应物的温度相同，且在反应过程中除膨胀功以外不做其它功时，该化学反应所吸收或放出的热量，称为化学反应热效应。若反应是在恒压条件下进行的，则反应的热效应称为恒压热效应Q p，且此热效应全部增加体系的焓（ΔH），所以有

ΔH = Q p

式中ΔH为该反应的焓变。对于放热反应Δr H m为负值，对于吸热反应Δr H m为正值。

例如，在恒压条件下，1mol锌置换硫酸铜溶液中的铜离子时，放出216.8 kJ的热量，即

Zn + CuSO

4 = ZnSO

4

+ Cu Δ

r

H

m

=–216.8 kJ·mol-1

测定化学反应热效应的基本原理是能量守恒定律，即反应所放出的热量促使反应体系温度的升高。因此，对上面的反应，其热效应与溶液的质量（m）、溶液的比热（c）和反应前后体系温度的变化（ΔT ）有如下关系

Q p = - (cmΔT+KΔT)

式中K为热量计的热容量，即热量计本身每升温1度所吸收的热量。

由溶液的密度（d）和体积（V）可得溶液的质量，即

m=dV

若上述反应以每摩尔锌置换铜离子时所放出的热量（千焦）来表示，综合以上三式，可得

Δr H m＝Qp/n＝-1/1000n(cdv+K)ΔT （1）

式中 n为V毫升溶液中的物质的量。

热量计的热容量可由如下方法求得：在热量计中首先加入温度为T1、重量为W1的冷水、再加入温度为T2、重量为W2的热水，二者混合后，水温为T，则

热量计得热为 q0=(T-T1)K

冷水得热为q1=(T-T1)W1c水

热水失热为 q2=(T2-T)W2c水

因此q0=q2-q1

综合以上四式可得热量计的热容量为

K=c水w2-(T2-T1)-W1(T-T1) /(T-T1)

式中 c水为水的比热。

若热量计本身所吸收的热量忽略不计，则（1）式可简化为

Δr H m＝Qp/n＝-cdvΔT/1000n

由上式可见，本实验的关键在于能否测得准确的温度值。为获得准确的温度变化ΔT，除精细观察反应时的温度变化外, 还要对影响ΔT的因素进行校正。其校正的方法是：在反应过程中，每隔30秒记录一次温度，然后以温度（T）对时间（t）做图，绘制T-t曲线。

三、实验设备及材料

仪器：保温杯热量计，精密温度计，容量瓶，量筒，洗瓶，玻璃棒，移液管，分析天，台秤，秒表。

药品：硫酸铜溶液(0.200 mol·L-1), 锌粉

四、实验步骤

1．c (CuSO4) = 0.200 mol·L-1 CuSO4溶液的配制

在电子天平上称取12.484 g CuSO4·5H2O 放入烧杯中，加入适量的蒸馏水使其全部溶解，然后转移至250mL容量瓶中。用少量（每次约10mL）的蒸馏水将烧杯淋洗3次，将淋洗液全部倒入容量瓶中，最后加蒸馏水稀释至刻度。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．热量计热容量的测定

（1）首先用台秤称量干燥的热量计（包括胶塞、温度计、搅拌棒）的重量，然后用量筒量取50 mL自来水加入其中，再称重，并记录两次称量的重量。慢慢搅拌几分钟，待体系温度稳定后，记录此时的温度读数t1。

（2）另准备50 mL热水［约比热量计中的水高(20～25) ℃］，准确测定水的温度t2后，迅速倒入热量计中，盖好盖子并不断搅拌，同时注意升至最高点后，记录此时的温度读数t3。

3．锌与硫酸铜反应热效应的测定

（1）用50mL移液管吸取100.00mL 0.200mol·L-1CuSO4溶液，放入干燥的热量计中，盖好盖子，在不断搅拌的条件下，每隔20秒记录一次温度读数，至温度稳定时温度t4。再记录5～8个温度读数。（2）用台秤称取3g锌粉，加入热量计中，迅速盖紧盖子，与此同时

开始记录时间及温度变化。在不断搅拌的条件下，每隔20秒记录一次温度读数。至温度迅速上升时，可每隔10秒记录一次温度读数。至温度升到最高点后，再记录3～4分钟的温度变化为止，该最高温度为t5。

五、数据记录

1.热量计热容量测定记录

室温：大气压力：

测温度t1:

测温度t2:

测温度t3:

2.锌与硫酸铜反应热效应的测定记录

3.热量计热容测定

冷水温度t1=

热水温度t2=

混合水温度t3=

热水降低温度t2-t3=

冷水升高温度t3-t1=

则热量计热容Cp=

4.锌与硫酸铜置换反应热△H的测定

硫酸铜溶液t4=

反应后溶液t5=

反应中升温△t= t5- t4=

溶液的体积V=

硫酸铜或生成铜的物质的量n=

热量计热容Cp=

设溶液的比热容近似水的比热容c=4.18J.g-1.K-1；溶液的密度近似水的密度ρ=1.0g/mL，则：

反应的热效应△H=

5.已知在恒压下，上述置换反应的焓变△H=-218.7kJ/mol。计算实验相对误差并分析造成误差的原因。

六、思考题

1．实验中硫酸铜的浓度和体积要求比较精确，为什么锌粉只用台秤称量？

2.实验中哪些操作易产生误差应加以注意？