實驗3中和熱的測定

1、實驗中和熱的測定實驗的教學要求學生應通過量熱實驗，掌握熱化學的主要研究手段，并以此為基礎，分析過程中能量的來源及變化情況。本 實驗的具體要求是：學生應通過中和熱的測定，明確量熱實驗的基本方法。掌握量熱計的構(gòu)造原理及特點，并能獨立設計測定非反應體系熱效應(例如溶解熱、稀釋熱等)的儀器構(gòu) 造及操作過程。學會測定量熱計常數(shù)的幾種方法，比較各自的優(yōu)點與不足。了解中和反應所用酸的種類及濃度對中和熱引起的偏差及其原因。實驗內(nèi)容一、實驗目的1、掌握中和熱的測定方法2、通過中和熱的測定，計算弱酸的解離熱。二、實驗原理在一定溫度、壓力和濃度下，一摩爾的H+和一摩爾OH-完全發(fā)生中和反應時放出的熱叫中和熱。對于強

2、酸和 強堿來說，由于其在水溶液中幾乎全部電離，所以其中和反應實際上是H+OH-H2O,由此可見，這類反應的中和熱與酸的陰離子無關(guān)，故任何強酸和強堿的中和熱都相同。而對于弱強弱堿來說，它們在水溶液中沒有完 全電離，因此，在反應的總熱效應中還包含著弱酸弱堿的電離熱，如以強堿(NaOH )中和弱酸(HAc )時，其在中和 反應之前，首先進行弱酸的電離，故其中和反應情況可以表示如下：HAc=H+Ac-AH電離H+OH- = H2OAH 中和總反應HAc+OH- = H2O+Ac-AH中和由此可見，AH中和是弱酸與強堿中和反應的總熱效應，它包括中和熱和電離熱兩部分。根據(jù)蓋斯定律可知, 如果測得這一反應的

3、AH中和和AH中和。就可以計算出弱酸的電離熱AH電離。即：AH中和=AH中和+AH電離AH電離=AH中和-AH中和如果中和反應是在絕熱良好的杜瓦瓶中進行，讓酸和堿的起始溫度相同，同時使堿稍微過量，以使酸能被中 和完全，則中和放出的熱量可以全部為溶液和量熱計所吸收，這時可寫出如下的熱平衡式：M酸“酸 AH=-KAT(2)1000 中和式中M酸酸的濃度(mol dm-i)；V酸酸得體積(dm3)；H中和反應溫度下的中和熱(Jmol-1)；K量熱計熱容量(JK-1)；(表示量熱器各部分熱容量之和，亦即加熱此量熱器系統(tǒng)，使溫度升高1 K所需的熱量) T溶液真實溫差，可用雷諾圖解法求得。測定量熱計熱容K

4、有兩種方法：化學標定法和電熱標定法。前者是將已知熱效應的標準樣品放在量熱計中反 應使其放出一定熱量；后者是在溶液中輸入一定的電能，然后根據(jù)己知熱量和溫升，按(2)式計算出K。前一種 方法可以用強酸(HCl)和強堿(NaOH )在量熱計中反應，利用其己知的中和熱和測得的溫升，計算量熱計熱容量。 測得量熱計的熱容量K后，就可以在相同條件下測定未知反應的反應熱了。三、實驗儀器和藥品 TOC o 1-5 h z SWC-ZH中和熱(焓)測定裝置1套；量筒(500ml)1只；移液管(25ml )3支；1mol - dm-3的 HCl 溶液，1mol - dm-3的 NaOH 溶液，1mol - dm-3

5、CH3COOH 溶液。四、實驗步驟儀器準備打開機箱蓋，將儀器平穩(wěn)地放在實驗臺上，將傳感器3T100插頭接入后面版?zhèn)鞲衅髯门渲玫募訜峁?率輸出線接入“I+”、“I-” “紅-紅”、蘭-蘭”，接入220V電源。打開電源開關(guān)，儀器處于待機狀態(tài)，待機指示燈亮，預熱十分鐘。將量熱杯放在反應器的固定架上。量熱常數(shù)K的測定用水擦凈量熱杯，量取500ml蒸餾水注入其中，放入攪拌磁珠，調(diào)節(jié)適當?shù)霓D(zhuǎn)速。將O型圈套入傳感器并將傳感器插入量熱杯中(不要與加熱絲相碰)，將功率輸入線兩端接在電熱絲兩 接頭上。按“狀態(tài)轉(zhuǎn)換”鍵切換到測試狀態(tài)(測試指示燈亮)，調(diào)節(jié)“加熱功率”調(diào)節(jié)旋鈕，使其輸出所需功率(一般為)，再次按“

6、狀態(tài)轉(zhuǎn)換”鍵切換到待機狀態(tài)，并取下加熱絲兩端任一夾子。待溫度基本穩(wěn)定后，按“狀態(tài)轉(zhuǎn)換”鍵切換到測試狀態(tài)，儀器對溫差自動采零，設定“定時”60s,蜂 鳴器響，記錄一次溫差值即1分鐘記錄1次。當記錄下第十個讀數(shù)時，夾上取下的加熱絲一端的夾子，此時為加熱的開始時刻。連續(xù)記錄溫差和計時， 根據(jù)溫度變化大小可調(diào)整讀數(shù)的間隔，但必須連續(xù)計時。用雷諾校正作圖法確定 T1。中和熱的測定將量熱杯中的水倒掉，用干布擦凈，重新用量筒量取!00ml蒸僧水注入其中，然后加入50ml 1mol dm-3 的HCl溶液。再取50ml 1mol dm-3的NaOH溶液注入堿儲液管中，仔細檢查是否漏液。適當調(diào)節(jié)磁珠的轉(zhuǎn)速，蓋好

7、瓶蓋，每分鐘記錄一次溫差，記錄10分鐘。然后迅速拔出玻璃棒，加入堿溶液(不要用力過猛，以免相互碰撞而損壞儀器)。繼續(xù)每隔一分鐘記錄 一次溫差(注意整個過程時間是連續(xù)記錄的)。加入堿溶液后，溫度上升，待體系中溫差幾乎不變并維持一段時間即可停止測量。用作圖法確定T2。醋酸解離熱的測定用1mol dm-3CH3COOH溶液代替HCl溶液，重復上述3操作，求出AT,。將作圖法求得的 T1、電流強度I、電壓U和通電時間代入下式中，計算出熱量計常數(shù)K。IUtK =AT1(1)將量熱計常數(shù)K及作圖法求得的T2、七分別代入下式中(式中C=1mol dm-3,V=50ml),計算出中和和rHmA H中和=V x

8、 1000KAT ,A H =-x 1000(2) 將中和和凡代入下式中，計算出醋酸摩爾解離熱 rH解離。五、數(shù)據(jù)記錄和處理將數(shù)據(jù)記錄于下表:P=t=實驗次數(shù)T值T1T2T311量熱計常數(shù)的計算由實驗可知，通電所產(chǎn)生的熱量使量熱計溫度上升由焦耳一愣次定律 可得:Q=Uh = KM式中：Q為通電所產(chǎn)生的熱量(J); J為電流強度(A)；U為電壓(V)； t為通電時間(s)；T為通電使溫度升高的 數(shù)值(C)； K為量熱計常數(shù)，其物理意義是量熱計每升高1C所需之熱量。它是由杜瓦瓶以及其中儀器和試劑的 質(zhì)量和比熱所決定的。當使用某一固定量熱計時，K為常數(shù)。由(3)式可得：(4)將丁卜平均值)代入(4)

9、式，求出量熱計常數(shù)K。中和熱的計算反應的摩爾熱效應可表示為:式中：C為溶液的濃度；V為溶液的體積(mL)；T為體系的溫度升高值。利用(5)式，將K及AT平均值)代入，求出鹽酸與氫氧化鈉溶液的中和反應的摩爾中和熱AH中和。解離熱的計算利用式，將K及 T3(平均值)代入，求出弱酸與強堿中和反應的摩爾熱效應AH。利用蓋斯定律求出弱酸 分子的摩爾解離熱AH解離，即：= AH AH 中和六、實驗關(guān)鍵本實驗的目的是研究1摩爾強堿為不同的酸中和時所放出的熱量，所以實驗中所用酸的濃度要略高于堿的 濃度，或使酸的用量略多于堿的量，以使堿全部被中和。為此，應在實驗后用酚酞指示劑檢查溶掖的酸堿性。實驗所用NaOH溶

10、液必須用丁二酸或草酸進行標定，并且盡量不含CO32-，所以最好現(xiàn)用現(xiàn)配。七、討論試驗中通常采用機械攪拌的方式使體系溫度均勻并反應充分，這就引進了非體積功。所以嚴格說來，此時 反應熱與燴變不相等，二者相差一非體積功，即 H = Q-W。同時由于攪拌產(chǎn)生熱量也對實驗結(jié)果有一定的影響。實驗中將酸堿的熱容視為與水相同，并假設量熱計完全絕熱，這與實際情況都有出入，必然導致一定的 誤差。當堿貯瓶中的NaOH溶液加入量熱計中時，伴有堿的稀釋熱發(fā)生，所測結(jié)果中包含了這部分誤差。雖然強酸強堿中和熱均可表示為H3O+OHT2H2。但多元酸與弱酸一樣，存在著解離及離子水合過程，因此測得的中和熱值也與一元強酸不同。建議讓學生分 別測定不同的酸(HCI、HNO3、H2SO4、HAc等)與NaOH反應的中和熱，并將測定結(jié)果進行分析比較，找出偏差的原 因。如果所