反應(yīng)熱測定試驗(yàn)講義版本

1、化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)測定、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解測定化學(xué)反應(yīng)始變的原理和方法，測定鋅和硫酸銅反應(yīng)的熱效應(yīng);.練習(xí)天平、容量瓶的使用等基本操作，熟悉準(zhǔn)確濃度溶液的配制方法;.掌握利用外推法校正溫度改變值的作圖方法。、實(shí)驗(yàn)原理化學(xué)反應(yīng)通常是在等壓條件下進(jìn)行的，此時的反應(yīng)熱叫做等壓反應(yīng)熱，常以烙變rHe來表示，在熱化學(xué)中規(guī)定，放熱反應(yīng)的始變ArH9為負(fù)值，吸熱反應(yīng)的始變rHe為正值。1例如，鋅與硫酸銅溶液的反應(yīng)，是一個自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)，在 298.15K下，每摩爾反應(yīng)的CuSO4與Zn放出216.8kJ熱量，即Zn CuSO4 ZnSO4 CuH m 216,8kJ / mol圖3-l反應(yīng)熱測定裝置示意圖l橡膠塞

2、；2溫度計；3真空隔熱層；4保溫杯外殼；5 CuSO4溶液放熱反應(yīng)始變的測定方法很多，本實(shí)驗(yàn)是通 過如圖3-l所示的量熱器來測定的。測定始變的 原理是根據(jù)能量守恒定律，即反應(yīng)所放出的熱量 促使量熱器本身和反應(yīng)體系溫度升高，因此，由 溶液的比熱和反應(yīng)前后溶液的溫度變化，可求得上述反應(yīng)的始變。計算公式如下:r HmT 1 ?(cVdn 1000cp )式中 H m反應(yīng)白次含變，kJ/mol;AT反應(yīng)前后溶液溫度的變化，K;c 溶液的比熱容，實(shí)驗(yàn)時測定；V 反應(yīng)時所用 CuSO4溶液的體積（mL）;d CuSO4溶液的密度，近似用水的密度1.00g/mL代替；n VmL溶液中CuSO4的物質(zhì)的量；c

3、p 量熱器等壓熱容，指量熱器每升高一度所需的熱量，J/K。本實(shí)驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)法進(jìn)行量熱計能當(dāng)量的標(biāo)定。CpmCp,n(KCl,s)mCp,n(H2O,l) (m solHm)/( M T)其中：m , m分別為溶解過程中加入的 KCl(s)和H2Ql)的質(zhì)量，cp, m為物質(zhì)的恒壓比熱容，即單位質(zhì)量的物質(zhì)的等壓熱容，cp, m(KCs)0.699kg /( kg ?K), Cp,m(H2O,l)4.184kJ /( kg ?K), Ml 為KCl的摩爾質(zhì)量，T為溶解前后系統(tǒng)溫度的差值， solH m為1mol KCl溶解于200mol H2O的積分溶解熱，其不同溫度下的積分溶解熱數(shù)值見附錄，通

4、過公式可以計算量熱器的Cp值。三、儀器和藥品儀器：電子天平、臺秤、玻璃棒、稱量紙、藥勺、燒杯(100 mL)、容量瓶(100 mL)、容 量瓶( 200 mL)、反應(yīng)熱實(shí)驗(yàn)裝置。藥品：硫酸銅CuSO4 - 5H2O (固、分析純)，鋅粉(化學(xué)純)，氯化鉀(化學(xué)純) 四、實(shí)驗(yàn)步驟.準(zhǔn)確濃度的硫酸銅溶液的配制用電子天平秤取 5克CuSO4 - 5H2O,放入100mL的燒杯中，加入約10mL去離子水， 用玻璃棒攪拌，使硫酸們完全溶解，將此溶液沿著玻璃棒注入潔凈的100mL容量瓶中，再用少量水淋洗燒杯及玻璃棒數(shù)次，洗滌溶液也注入容量瓶中，最后加水到刻度，塞好瓶塞， 將瓶內(nèi)溶液混和均勻。.量熱器等壓熱

5、容測定(l)稱量4.1413克氯化鉀。 用200 mL容量瓶量取200 mL去離子水，放入杜瓦瓶中，放入磁珠，蓋好蓋子，并 放在反應(yīng)架固定架上。 將溫度傳感器插入量熱計中，(注意：不要與瓶內(nèi)壁相接觸)。 打開電源開關(guān)，儀器處于待機(jī)狀態(tài)。 調(diào)節(jié)“調(diào)速”旋鈕進(jìn)行攪拌，保持 3分鐘，至溫度變化基本穩(wěn)定后，每 60秒準(zhǔn)確記 錄讀數(shù)一次溫度，連續(xù) 6次，作為溶解的前期溫度。(6)打開量熱計塞子，將稱量好的 4.1413克氯化鉀迅速加入杜瓦瓶中，蓋上塞子，繼續(xù)攪拌，每60秒記錄一次溫度讀數(shù)，直到溫度不再變化時，再連續(xù)記錄6次即可停止，此 6個點(diǎn)作為溶解的后期溫度。 用普通水銀溫度計測量出量熱計中溶液的溫度

6、，根據(jù)此溫度從附表中查出相應(yīng)的氯 化鉀的溶解熱。 實(shí)驗(yàn)測得的溫度為：17.90C,選取180C的氯化鉀的溶解熱值。.水的比熱容測定(1)用電源線將儀器后面板的電源插座與220V電源連接，將傳感器插頭接入傳感器座，將配置的加熱功率輸出線接。如“紅 -紅” “蘭-蘭”。(2)打開電源開關(guān)，儀器處于待機(jī)狀態(tài)。(3)用100 mL容量瓶量取100 mL去離子水，放入杜瓦瓶中，放入磁珠，蓋好蓋子，并 放在反應(yīng)架固定架上。(4)將O型圈套入傳感器，調(diào)節(jié) O型圈使傳感器浸入去離子水 100mm,把傳感器探頭插 入杜瓦瓶內(nèi)(注意：不要與瓶內(nèi)壁相接觸)。將加熱棒插入杜瓦瓶內(nèi)，并與加熱功率輸出線接觸。(5)按下“

7、溫差采零”鍵，按下“狀態(tài)轉(zhuǎn)換”鍵，使儀器處于工作狀態(tài)，至水溶液與杜瓦瓶達(dá)到平衡，溫度保持恒定。調(diào)節(jié)“加熱功率”按鈕，使功率 P=2.5W左右。調(diào)節(jié) “調(diào)速”旋鈕進(jìn)行攪拌。(6)每隔30秒記錄一次溫差。(一般共約5分鐘)。(7)按“狀態(tài)轉(zhuǎn)換”鍵，使儀器處于“待機(jī)狀態(tài)”，將“加熱功率調(diào)節(jié)”旋鈕和“調(diào)速”旋 鈕左旋到底，關(guān)閉電源，將加熱棒與加熱功率輸出線分離，并將加熱棒拔出杜瓦瓶， 沖洗加熱棒、傳感器和杜瓦瓶(注意：取出磁珠，以免沖掉)。(8 )根據(jù)Q = Pt=cVpAt計算7K的比熱。.化學(xué)反應(yīng)始變的測定(1)用臺秤稱取約 3克鋅粉。 將已配制好的硫酸銅溶液 100.00mL ,注入用水洗凈且擦

8、干的杜瓦瓶中，放入磁珠， 蓋好蓋子，并放在反應(yīng)架固定架上。 將O型圈套入傳感器，調(diào)節(jié) O型圈使傳感器浸入硫酸銅溶液 100mm,把傳感器探頭 插入杜瓦瓶內(nèi)(注意：不要與瓶內(nèi)壁相接觸)。 打開電源開關(guān)，儀器處于待機(jī)狀態(tài)。 按下“狀態(tài)轉(zhuǎn)換”鍵，使儀器處于工作狀態(tài)，調(diào)節(jié)“調(diào)速”旋鈕進(jìn)行攪拌。每隔 30 秒記錄一次溫度差，至溶液與杜瓦瓶達(dá)到平衡，溫度保持恒定。（一般共約5分鐘）。 按下“溫差采零”鍵，迅速向溶液中加入3克鋅粉，仍不斷攪拌，并繼續(xù)每隔 30秒記錄一次溫度。記錄溫度上升到最高溫度數(shù)值后，再繼續(xù)測定3分鐘。 按“狀態(tài)轉(zhuǎn)換”鍵，使儀器處于“待機(jī)狀態(tài)”，將 “調(diào)速”旋鈕左旋到底，關(guān)閉電 源，沖洗

9、傳感器和杜瓦瓶（注意：取出磁珠，以免沖掉） 。五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng).測定水的比熱容時，應(yīng)盡量將容量瓶中的水全部倒入杜瓦瓶中，以減少實(shí)驗(yàn)誤差。.測定化學(xué)反應(yīng)始變時，杜瓦瓶應(yīng)用水洗凈后擦干。.傳感器探頭插入杜瓦瓶內(nèi)時不要與瓶內(nèi)壁相接觸。.溶液中加入鋅粉要迅速。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理.數(shù)據(jù)記錄：表1.1量熱器等壓熱容測定溫度隨實(shí)驗(yàn)時間的變化時間t/min溫度T/0C時間t/min溫度T/0c表2 水的比熱容測定溫度隨實(shí)驗(yàn)時間的變化時間t/s溫度T/0C表3化學(xué)反應(yīng)始變的測定溫度隨實(shí)驗(yàn)時間的變化加鋅粉前時間t/s溫度T/0C :加鋅粉后時間t/s溫度T/0C.用作圖法求A T:(1)將觀測到的杜瓦溫度對時

10、間作圖，聯(lián)成 ADBO 曲線(見右圖)，A點(diǎn)是未加鋅粉時溶液的恒定溫度讀 數(shù)點(diǎn)，B點(diǎn)是觀測到的最高溫度讀數(shù)點(diǎn)，加鋅粉后各 點(diǎn)至最高點(diǎn)為一曲線 AB,最高點(diǎn)后各點(diǎn)繪成一直線 BO。 量取AB兩點(diǎn)間垂直距離為反應(yīng)前后溫度變化值rT。 通過rT的中點(diǎn)C作平行橫軸的直線，交曲線于D點(diǎn)。反應(yīng)時間與溫度變化的關(guān)系圖(4)過D點(diǎn)作平行縱軸的直線分別交于 BO的延長線F點(diǎn)和AG線白E點(diǎn)，EF線代表校正后的真正溫度改變值A(chǔ)T.根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理的公式，計算水的比熱容及實(shí)驗(yàn)測定的誤差；計算反應(yīng)的始變及實(shí)驗(yàn)測定的 誤差。七、問題與討論：1為什么實(shí)驗(yàn)中所用鋅粉只需用臺秤稱??；而對于所用CuSO4溶液的濃度與體積則要求比較精確？2如何根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果計算反應(yīng)的燃變？分析產(chǎn)生誤差的原因。3對于AT的數(shù)值為什么不取溶液剛混和后的溫度或混和后溶液的最高溫度作為溫度上 限值，而采用作圖法求A T?八.實(shí)驗(yàn)探究與拓展：.如果杜瓦瓶的本身吸收的熱量不能忽略，該實(shí)驗(yàn)如何改進(jìn)？.如果先放鋅粉，后放硫酸銅，對測定結(jié)果有什么影響？.該裝置可以用來測定那些反應(yīng)的反應(yīng)熱 ？.反應(yīng)熱在生產(chǎn)中的應(yīng)用。