化学反应热效应的测定

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,且此热效应全部增加体系的焓（△ H）,所以有

△ H = Q p

式中△ H为该反应的焓变。对于放热反应△ rHn为负值，对于吸热反应△ rf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 + CuSQ = ZnSQ + Cu △ r H m=- 216.8 kJ • mol 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（△ T ）

有如下关系

Q P = - (cm △T+K A T)

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

△H m = Qp/n = -1/1000n（cdv+K）△ T （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

干、重量为W的冷水、再加入温度为T2、重量为W的热水，二者混合

后，水温为T,则

热量计得热为q o=(T-T i)K

冷水得热为q i=(T-T i)W1c水

热水失热为q 2=(T2-T)跟c水

因止匕q°二q2-q i

综合以上四式可得热量计的热容量为

K=c 水W2-(T2-T I)-W I(T-T 1) /(T-T 1)

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

△ rHn= Qp/n = -cdv △ T/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△ T,除精细观察反应时的温度变化外，还要对影响△ T 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 (CuS04) = 0.200 mol •L-1CuS04容液的配制

在电子天平上称取12.484 g CuSO・ 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5。

（2）另准备50 mL热水[约比热量计中的水高（20〜25）C],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t 3。

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11：

测温度t 2：

测温度t 3：

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11=

热水温度t2=

混合水温度t3 =

热水降低温度t 2-t 3=

冷水升高温度t 3-t 1 =

则热量计热容Cp=

4.锌与硫酸铜置换反应热厶H的测定

硫酸铜溶液t 4 =

反应后溶液t 5 =

反应中升温△ t= t 5- t 4 =

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p =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?