物理化学实验

乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定一、实验目的
1．用电导法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数及活化能。

2．了解二级反应的特点。

3．了解电导率仪的构造，掌握其使用方法。

二、实验原理
乙酸乙脂皂化反应属二级反应，其计算公式：
k t=1/（atk）×（k0-k t）+ k∞，
以k t对(k0－k t)/t作图可得一直线，其斜率等于1/(ak)。

由此可求得反应速率常数k。

当把电导仪的输出与记录仪连接，就可自动记录电导的变化。

这时记录纸上的峰高将与电导成正比。

因此用峰高代替电导代入上式同样可求得k值。

三、实验步骤
1．将电导仪的记录输出与记录仪相连。

2．为了选择好电导率仪的量程和记录笔的合适位置，可先将稀释一倍的NaOH溶液20mL置于电导管中，插入电极，调节电导率仪选择开关和校正调节器，使记录笔在8mv左右。

(记录仪要先调零，量程置于10mv)，走纸速度为8mm/min。

3．将混合反应器置于20℃恒温槽中，用移液管取20mL 0.02 mol L-1NaOH 标准溶液置于1池中，再取20ml 0.02 mol L-1乙酸乙酯溶液置于2池中，将电导电极插入2池，恒温10min。

4．待记录笔正好走在记录纸的某一横线处时，迅速用洗耳球使1、2池中的溶液混合均匀，约20min即可停止实验。

5．将混合反应器置于30℃恒温槽中，用移液管取20mL 0.02 mol L-1 NaOH 标准溶液置于1池中，再取20ml 0.02 mol L-1 乙酸乙酯溶液置于2池中，将电导电极插入2池，恒温10min。

6．待记录笔正好走在记录纸的某一横线处时，迅速用洗耳球使1、2池中的溶液混合均匀，约20min即可停止实验。

7．实验完毕，清洗玻璃仪器，关闭电源，整理实验台。

四、数据处理
1．将记录纸剪下。

横坐标走纸速度确定反应时间。

纵坐标可取任意标度，用来代表电导变化。

将曲线外推至起始混合得时间求得k0值。

从图上取各时间相应得纵坐标值填入记录表格中。

2．k t对(k0－k t)/t作图。

由所得直线斜率求反应速率常数k。

如果所得线性关系不好，则可能是外推k0不正确，可重推k0再作图计算。

3．或按物化实验室电脑上的CAI来处理，或自己编程处理数据。

五、讲课重点
1．用电导法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数及活化能的原理。

2．二级反应的特点。

3．电导率仪的构造及其使用方法。

4．数据处理。

六、讲课难点
1．用电导法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数及活化能的原理。

2．电导率仪的构造及其使用方法。

3．数据处理。

七、思考题
氯化铵生成焓的测定
一、实验目的
1、学习用热量计测定物质生成焓的简单方法。

2、加深对有关热化学知识（盖斯定律）的理解。

二、实验原理
本实验用热量计分别测定NH4Cl（s）的溶解热和NH3（aq）与HCl（aq）反应的中和热，再利用NH3（aq）和HCl（aq）的标准摩尔生成焓数据，通过Hess 定律计算NH4Cl（s）的标准摩尔生成焓。

NH 3（aq）＋HCl（aq） NH4Cl（aq）
Δr H mө中和= Δf H mө（NH4Cl，aq）－Δf H mө（HCl，aq）－Δf H mө（NH3，aq）
NH 4Cl（s） NH4Cl（aq）
Δr H mө溶解= Δf H mө（NH4Cl，aq）－Δf H mө（NH4Cl，s）
Δf H mө（NH4Cl，aq）=Δr H mө中和＋Δf H mө（HCl，aq）＋Δf H mө（NH3，aq）
=Δr H mө溶解＋Δf H mө（NH4Cl，s）
Δf H mө（NH4Cl，s）=Δr H mө中和＋Δf H mө（HCl，aq）＋Δf H mө（NH3，aq）－Δr H mө溶解热量计是用来测定反应热的装置。

本实验采用保温杯式简易量热计测定反应热。

化学反应在热量计中进行时，放出（或吸收）的热量会引起热量计和反应物质的温度升高（或降低）。

Δr H mө中和=－（cmΔT＋C pΔT）/n
Δr H mө溶解=－（cmΔT＋C pΔT）/n
式中：Δr H mө中和——中和热，J/mol
Δr H mө溶解——溶解热， J/mol
m ——物质的质量，g；
c ——物质的比热容，J•g-1•K-1；
ΔT——反应终了温度与起始温度之差，K；
C p——热量计的热容，J•K-1；
n ——反应物质的摩尔数，mol。

由于反应后的温度需要一段时间才能升到最高值，而实验所用简易热量计不是严格的绝热系统，在这段时间，热量计不可避免地会与周围环境发生热交换。

为了校正由此带来的温度偏差，需用图解法确定系统温度变化的最大值，即以测得的温度为纵坐标，时间为横坐标绘图，按虚线外推到开始混合的时间（t=0），求出温度变化最大值（ΔT），这个外推的ΔT值能较客观地反映出由反应热所引起的真实温度变化。

热量计的热容是使热量计温度升高1K所需要的热量。

确定热量计热容的方法是：在热量计中加入一定质量m（如50g）、温度为T1的冷水，再加入相同质量温度为T2的热水，测定混合后水的最高温度T3。

已知水的比热容为4.184J•g-1•K-1，设热量计的热容为C p，则
热水失热=4.184J•g-1•K-1m（T2－T3）
冷水得热=4.184J•g-1•K-1m（T3－T1）
量热计得热=C p（T3－T1）
热水失热=冷水得热＋量热计得热
C p=4.184J•g-1•K-1m[（T2－T3）－（T3－T1）] /（T3－T1）
三、仪器、药品及材料
仪器：保温杯，1/10℃温度计，台秤，秒表，烧杯（100ml），量筒（100ml）。

药品：HCl溶液（1.5mol•L-1），NH3H2O溶液（1.5mol•L-1），NH4Cl（s）。

四、数据记录与处理
实验中的NH4Cl溶液浓度很小，作为近似处理可以假定：①溶液的体积为100ml；②中和反应热只能使水和热量计的温度升高；③NH4Cl（s）溶解时吸热，只能使水和热量计的温度下降。

由相应的温差（ΔT）和水的质量（m）、比热容（c）及热量计的热容（C p），即可分别计算出中和反应热和溶解热。

已知NH3（aq）和HCl（aq）的标准摩尔生成焓分别为－80.29kJ·mol-1和－167.159 kJ·mol-1，根据Hess定律计算NH4Cl（s）的标准摩尔生成焓，并对照查得的数据计算实验误差（如操作与计算正确，所得结果的误差可小于3％）。

五、实验内容及数据处理
1. 量热计热容的测定
（1）用量筒量取50.0mL去离子水，倒入量热计中，盖好后适当摇动，待系统达到热平衡后（约5～10min），记录温度T1（精确到0.1℃）。

（2）在100ml烧杯中加入50.0 mL去离子水，加热到高于T1 30℃左右，静置1～2min，待热水系统温度均匀时，迅速测量温度T2（精确到0.1℃），尽快将热水倒入热量计中，盖好后不断地摇荡保温杯，并立即计时和记录水温。

每隔30s记录一次温度，直至温度上升到最高点，再继续测定3min。

将上述实验重复一次，取两次实验所得结果，作温度－时间图，用外推法求最高温度T3，并计算热量计热容C p的平均值。

2. 盐酸与氨水的中和热及氯化铵溶解热的测定
（1）用量筒量取50.0mL 1.5mol·L-1HCl溶液，倒入烧杯中备用。

洗净量筒，再量取50.0mL 1.5mol·L-1 NH3·H2O，倒入热量计中，在酸碱混合前，先记录氨水的温度5min（间隔30s，温度精确到0.1℃，以下相同）。

将烧杯中的盐酸加入热量计，立刻盖上保温杯顶盖，测量并记录温度-时间数据，并不断地摇荡保温杯，直至温度上升到最高点，再继续测量3min。

依据温度-时间数据作图，用外推法求ΔT。

（2）称取4.0g NH4Cl（s）备用。

量取100mL去离子水，倒入热量计中，测量并记录水温5min。

然后加入NH4Cl（s）并立刻盖上保温杯顶盖，测量温度-时间数据，不断地摇荡保温杯，促使固体溶解，直至温度下降到最低点，再继续测量3min。

最后作图用外推法求ΔT。

简而言之，需要做一下几个内容：
①分别列表记录有关实验的时间—温度数据。

②作温度—时间图。

用外推法求ΔT。

③计算量热计热容量、中和热、溶解热和NH4Cl (s)生成热。

六、思考题
1.为什么放热反应的温度-时间曲线的后半段逐渐下降，而吸热反应则相反？
2.NH3（aq）和HCl（aq）反应的中和热和NH4Cl（s）的溶解热之差，是哪一个反应的热效应？
3.实验产生误差的可能原因是什么？
4．如果实验中有少量HCl溶液或NH4Cl固体粘附在量热计器壁上，对实验结果怎样影响?
七、实验注意事项
1．量热计每次用完后要清洗干净才能继续下一个实验，否则会影响实验的结果。

2．当加入NH4Cl固体并盖好杯盖时，可适当摇荡量热计以加促NH4Cl的溶解。