化学反应热效应的测定实验

化学反应热效应的测定实验

一、实验要求

⒈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。 ⒉学习准确浓度溶液的配制方法。

⒊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Qp，且此热效应全部增加体系的焓（ΔH），所以有 ΔH = Qp

式中ΔH为该反应的焓变。对于放热反应ΔrHm为负值，对于吸热反应ΔrHm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 + CuSO4 = ZnSO4 + Cu ΔrHm=–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 Qp = - (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

ΔrHm＝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 ΔrHm＝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，如图所示。将曲线AB和CD线段分别延长，再做垂线EF，与曲线交与G点，且使CEG和BFG所围二块面积相等，此时E和F对应的T值之差即为校正后的温差ΔT。 图 6–1 温度校准曲线 三、实验用品 ⒈仪器：

热量计(约100mL) 容量瓶(250mL) 量筒(50mL) 洗瓶 玻璃棒 电炉 移液管(50mL) 吸耳球 硫酸纸 分析天平 台秤(500g) 秒表 ⒉药品：硫酸铜 锌粉 四、实验内容

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。 ⒉ 热量计热容量的测定

⑴ 仪器装置如图6-2所示。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。

⑵ 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T。 图6–2 反应热效应测定装置示意图 1.温度计 2.搅棒 3.胶塞 4.保温杯 5.CuSO4溶液 ⒊锌与硫酸铜反应热效应的测定

⑴用50mL移液管吸取100.00mL 0.200mol·L-1 CuSO4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30秒记录一次温度读数，至温度稳定时。再记录5～8个温度读数。

⑵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30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。 五、思考题

⒈实验中为什么把0.200 mol·L-1 CuSO4溶液用移液管准确吸取，而锌粉用台秤称量？

⒉ 如果热量计的热容量忽略不计，所用0.200 mol·L-1 CuSO4溶液的体积是否还需准确量取？

⒊ 对于ΔT的值，为什么不用反应前后的最低温度和最高温度的差值，而采用在

T—t图上外推法求得的温度差值？

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