2020年反应热测定实验讲义

化学反应热效应测定
一、实验目的
1.了解测定化学反应焓变的原理和方法，测定锌和硫酸铜反应的热效应；
2.练习天平、容量瓶的使用等基本操作，熟悉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
化学反应通常是在等压条件下进行的，此时的反应热叫做等压反应热，常以焓变
Δr Ηθ来表示，在热化学中规定，放热反应的焓变Δr Ηθ为负值，吸热反应的焓变 Δr Ηθ为正值。

例如，锌与硫酸铜溶液的反应，是一个自发进行的反应，在298.15K 下，每摩尔反应的CuSO 4与Zn 放出216.8kJ 热量，即
Cu ZnSO CuSO Zn +=+44
mol kJ H m r /8,216-=∆θ
放热反应焓变的测定方法很多，本实验是通过如图3-l 所示的量热器来测定的。

测定焓变的原理是根据能量守恒定律，即反应所放出的热量促使量热器本身和反应体系温度升高，因此，由
溶液的比热和反应前后溶液的温度变化，可求得上述反应的焓变。

计算公式如下：
)(1000
1
1p m r c cVd n T H +⋅⋅⋅
∆-=∆θ
式中θ
m r H ∆——反应的焓变，kJ/mol ； ΔT ——反应前后溶液温度的变化，K ； c ——溶液的比热容，实验时测定；
V ——反应时所用CuSO 4溶液的体积（mL ）；
d ——CuSO 4溶液的密度，近似用水的密度1.00g/mL 代替； n ——VmL 溶液中CuSO 4的物质的量；
c p ——量热器等压热容，指量热器每升高一度所需的热量，J/K 。

图3-l 反应热测定装置示意图 —橡胶塞；2—温度计；3—真空隔热4—保温杯外壳；5—CuSO 4溶液
本实验采用标准物质法进行量热计能当量的标定。

[]
)/()(),(),(c 112,2,1T M solH m l O H c m s KCl c m m m p m p p ∆∆++-=
其中: 1m ，2m 分别为溶解过程中加入的)(K s Cl 和)(2l O H 的质量，m p ，c 为物质的恒压比热容，即单位质量的物质的等压热容，
)/(699.0）,l （c ，K kg kg s KC m p ⋅=,)/(184.4）,（c 2，K kg kJ l O H m p ⋅=,1M 为
Cl K 的摩尔质量，T ∆为溶解前后系统温度的差值，m solH ∆为1mol Cl K 溶解于200
mol O H 2的积分溶解热，其不同温度下的积分溶解热数值见附录，通过公式可以计算量热器的p c 值。

三、仪器和药品
仪器：电子天平、台秤、玻璃棒、称量纸、药勺、烧杯（100 mL ）、容量瓶（100 mL ）、容
量瓶（200 mL ）、反应热实验装置。

药品：硫酸铜CuSO 4·5H 2O （固、分析纯），锌粉（化学纯），氯化钾（化学纯） 四、实验步骤
1.准确浓度的硫酸铜溶液的配制
用电子天平秤取5克CuSO 4·5H 2O ，放入100mL 的烧杯中，加入约10mL 去离子水，用玻璃棒搅拌，使硫酸们完全溶解，将此溶液沿着玻璃棒注入洁净的100mL 容量瓶中，再用少量水淋洗烧杯及玻璃棒数次，洗涤溶液也注入容量瓶中，最后加水到刻度，塞好瓶塞，将瓶内溶液混和均匀。

2. 量热器等压热容测定 （l ）称量4.1413克氯化钾。

（2）用200 mL 容量瓶量取200 mL 去离子水，放入杜瓦瓶中，放入磁珠，盖好盖子，并
放在反应架固定架上。

（3）将温度传感器插入量热计中，（注意：不要与瓶内壁相接触）。

（4）打开电源开关，仪器处于待机状态。

（5）调节“调速”旋钮进行搅拌，保持3分钟，至温度变化基本稳定后，每60秒准确记录读数一次温度，连续6次，作为溶解的前期温度。

（6）打开量热计塞子，将称量好的4.1413克氯化钾迅速加入杜瓦瓶中，盖上塞子，继续搅拌，每60秒记录一次温度读数，直到温度不再变化时，再连续记录6次即可停止，此6个点作为溶解的后期温度。

（7）用普通水银温度计测量出量热计中溶液的温度，根据此温度从附表中查出相应的氯化钾的溶解热。

（8）实验测得的温度为：17.90C，选取180C的氯化钾的溶解热值。

3.水的比热容测定
（l）用电源线将仪器后面板的电源插座与220V电源连接，将传感器插头接入传感器座，将配置的加热功率输出线接。

如“红-红”“兰-兰”。

（2）打开电源开关，仪器处于待机状态。

（3）用100 mL容量瓶量取100 mL去离子水，放入杜瓦瓶中，放入磁珠，盖好盖子，并放在反应架固定架上。

（4）将O型圈套入传感器，调节O型圈使传感器浸入去离子水100mm，把传感器探头插入杜瓦瓶内（注意：不要与瓶内壁相接触）。

将加热棒插入杜瓦瓶内，并与加热功率输出线接触。

（5）按下“温差采零”键，按下“状态转换”键，使仪器处于工作状态，至水溶液与杜瓦瓶达到平衡，温度保持恒定。

调节“加热功率”按钮，使功率P=2.5W左右。

调节“调速”旋钮进行搅拌。

（6）每隔30秒记录一次温差。

（一般共约5分钟）。

（7）按“状态转换”键，使仪器处于“待机状态”，将“加热功率调节”旋钮和“调速”
旋钮左旋到底，关闭电源，将加热棒与加热功率输出线分离，并将加热棒拔出杜瓦瓶，冲洗加热棒、传感器和杜瓦瓶（注意：取出磁珠，以免冲掉）。

（8）根据计算水的比热。

4.化学反应焓变的测定
（l）用台秤称取约3克锌粉。

（2）将已配制好的硫酸铜溶液100.00mL，注入用水洗净且擦干的杜瓦瓶中，放入磁珠，盖好盖子，并放在反应架固定架上。

（3）将O型圈套入传感器，调节O型圈使传感器浸入硫酸铜溶液100mm，把传感器探头插入杜瓦瓶内（注意：不要与瓶内壁相接触）。

（4）打开电源开关，仪器处于待机状态。

（5）按下“状态转换”键，使仪器处于工作状态，调节“调速”旋钮进行搅拌。

每隔30秒记录一次温度差，至溶液与杜瓦瓶达到平衡，温度保持恒定。

（一般共约5分钟）。

（6）按下“温差采零”键，迅速向溶液中加入3克锌粉，仍不断搅拌，并继续每隔30秒记录一次温度。

记录温度上升到最高温度数值后，再继续测定3分钟。

（7）按“状态转换”键，使仪器处于“待机状态”，将“调速”旋钮左旋到底，关闭电源，冲洗传感器和杜瓦瓶（注意：取出磁珠，以免冲掉）。

五、实验注意事项
1. 测定水的比热容时，应尽量将容量瓶中的水全部倒入杜瓦瓶中，以减少实验误差。

2. 测定化学反应焓变时，杜瓦瓶应用水洗净后擦干。

3. 传感器探头插入杜瓦瓶内时不要与瓶内壁相接触。

4. 溶液中加入锌粉要迅速。

六、实验数据记录和处理
1.数据记录：
表1.1 量热器等压热容测定温度随实验时间的变化
表2 水的比热容测定温度随实验时间的变化
表3 化学反应焓变的测定温度随实验时间的变化
2.用作图法求ΔT：
（1）将观测到的杜瓦温度对时间作图，联成ADBO Array曲线（见右图），A点是未加锌粉时溶液的恒定温度读
数点，B点是观测到的最高温度读数点，加锌粉后各
点至最高点为一曲线AB，最高点后各点绘成一直线
BO。

（2）量取AB两点间垂直距离为反应前后温度变化
∆。

值T
r
（3）通过T r∆的中点C作平行横轴的直线，交曲线Array于D点。

（4）过D点作平行纵轴的直线分别交于BO的延长
线F点和AG线的E点，EF线代表校正后的真正温度改变值ΔT
3.根据实验原理的公式，计算水的比热容及实验测定的误差；计算反应的焓变及实验测定
的误差。

七、问题与讨论：
1.为什么实验中所用锌粉只需用台秤称取；而对于所用CuSO4溶液的浓度与体积则要求比
较精确？
2.如何根据实验结果计算反应的焓变？分析产生误差的原因。

3.对于ΔT的数值为什么不取溶液刚混和后的温度或混和后溶液的最高温度作为温度上
限值，而采用作图法求ΔT？
八．实验探究与拓展：
1.如果杜瓦瓶的本身吸收的热量不能忽略，该实验如何改进？
2.如果先放锌粉，后放硫酸铜，对测定结果有什么影响？
3.该装置可以用来测定那些反应的反应热?
4.反应热在生产中的应用。

我们知道许多化学反应在反应时要加热。

因为参与这些反应的物质在常温下是稳定存
在的，其自身能量不是很高，加热或光照可以提高反应物的能量。

使反应物分子运动速率
增大，分子间相互碰撞发生反应的机会增大，使反应容易进行。

放热反应产生的热量能够持续或超过开始反应所需能量，可以支持这些反应在停止加热的时候得以继续进行，这样就大大的节约能源。

例如：林高雁。

中和反应热在磷铵生产中的应用探讨。

云南化工。

2008年8月第35卷增刊。

75-77。