化学反应热效应的测定
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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?