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1、实验 1 化学反应摩尔焓变的测定 一. 实验目的 1. 了解测定化学反应摩尔焓变的原理和方法； 2. 学习物质称量、溶液配制和溶液移取等基本操作； 3. 学习外推法处理实验数据的原理和方法。 二. 背景知识及实验原理 化学反应过程中，除物质发生变化外，还伴有能量变化。这种能量变化通常表现为化学 反应的热效应（简称为化学反应热）。化学反应通常是在等温、等压、不做非体积功的条件 下进行的，此时反应热效应亦称作等压热效应，用Qp表示。化学反应的等压热效应（Qp） 在数值上等于化学反应的摩尔反应焓变（rHm） （热力学规定放热反应为负值，吸热反应为 正值） 。在标准状态下，化学反应的摩尔反应焓变称为化
2、学反应的标准摩尔焓变，用 rHm 表示。 化学反应焓变或化学反应热效应的测定原理是：在绝热条件下 （反应系统不与量热计外 的环境发生热量交换） ，使反应物仅在量热计中发生反应，并使量热计及其内物质的温度发 生改变。 通过反应系统在反应前后的温度变化，以及有关物质的质量和比热，可以计算出反 应的热效应值。 实验中溶液反应的焓变值测定采用如图1 所示的简易量热计进行测定，通过测定 CuSO4 溶液与 Zn 粉的反应进行焓变值的获取。 图 1 保温杯式量热计 CuSO4溶液与 Zn 粉的反应式为： Cu 2+ (aq) + Zn( s) = Cu(s) + Zn 2+(aq) 由于该反应速率较快，且
3、能进行得相当完全。实验中若使用过量Zn 粉，则 CuSO4溶 液中 Cu 2+可认为完全转化为 Cu。系统中反应放出的热量等于溶液所吸收的热量。 在简易量热计中，反应后溶液所吸收的热量为： Qp=m ? c?T=V ? ? c? ?T 式中：m反应后溶液的质量（g） ； c反应后溶液的质量热容（J ? g -1?K-1） ?T 为反应前后溶液的温度之差（K） ，经温度计测量后由作图外推法确定； V反应后溶液的体积（mL） 反应后溶液的密度（g ?mL -1） 设反应前溶液中CuSO4的物质的量为n mol，则反应的焓变为： 11 1000 1 molkJ n TcV molJ n Tcm H(
4、1) 设反应前后溶液的体积不变，则 mol V cn CuSO 1000 4 式中， CCuSO4 反应前溶液中CuSO4的浓度 (mol?.L -1) 将上式代入式（1）中，可得 11 4 41000 1 1000 molkJ c Tc molkJ Vc TcV H CuSO CuSO (2) 由于此系统非严格绝热体系，因而在反应液温度升高的同时，量热计的温度也相应提 高，而计算时忽略此项内容，故会造成温差的偏差。故在处理数据时可采用外推法，按图 2 中虚线外推至反应开始的时间，图解求得反应系统的最大温升值T，这样则可较客观地 反映出由反应热效应引起的真实温度变化值。在图2 中，线段bc 表
5、明量热计热量散失的 程度。考虑到散热从反应一开始就发生，因此应将该线段延长，使与反应开始时的纵坐标 相交于 d 点。图中dd 所示的纵坐标值，即为外推法补偿的由热量散失造成的温度差。为 获得准确的外推值，温度下降后的实验点应足够多。T2与 T1的差值即为所求的?T。 图 2 温度校准曲线 三. 实验仪器和药品 1. 仪器 电子天平、烧杯（100mL ） 、试管、滴管、移液管(50mL) 、容量瓶 (250mL) 、洗瓶、玻璃 棒、滤纸、精密温度计（050，具有0.1分度）、放大镜、秒表、量热计（杯口橡皮塞 中开一个插温度计的孔，搅拌方式可采用磁力搅拌器或手握保温杯震荡）。 2. 药品 硫酸铜（
6、 CuSO4 5H2O，固体、分析纯） 、锌粉（化学纯） 、硫化钠（ Na2S，0.1mol L -1） 。 四. 实验内容与操作 1.配制硫酸铜溶液 计算配制 250mL 0.200 mol ? L -1 CuSO 4溶液所需 CuSO4 5H2O 的质量（要求三位有效数 字） ，并在电子天平上称取所需的CuSO4 5H2O 晶体。然后将其倒入烧杯中，加入少量去离 子水，用玻璃棒搅拌，待硫酸铜完全溶解后，将该溶液沿玻璃棒注入洁净的250mL 容量瓶 中；再用少量去离子水淋洗烧杯和玻璃棒数次，连同洗涤液一起注入容量瓶中，最后加水至 刻度。旋紧瓶塞，将瓶内溶液混合均匀。 2.化学反应焓变的测定
7、(1) 称取 3g 锌粉。 (2) 洗净并擦干用作量热计的保温杯。用移液管移取100mL 配制好的硫酸铜溶液于量 热计中。 同时注意调节量热计中温度计安插的高度，使其水银球能浸入溶液中，又不触及容 器底部。将洁净干燥的搅拌子放入量热计中，然后盖上量热计盖子。 (3) 采用磁力搅拌器进行搅拌。用秒表每隔30s 记录一次读数。直至溶液与量热计达到 热平衡，而温度保持恒定（约需2min） 。 (4) 迅速往溶液中加入称好的锌粉，并立即盖紧量热计的盖子。同时记录开始反应的时 间，继续不断摇荡或搅拌，并每隔1520s记录一次读数（应读至0.01，第二位小数是估 计值） ；为了便于观察温度计读数，可使用放
8、大镜。直至温度上升到最高温度读数后，再每 隔 30s 继续测定 56min。 (5) 实验结束后，打开量热计的盖子，注意动作不宜过猛，要边旋转边慢慢打开，以免 将温度计折断。 (6) 取少量反应后的澄清溶液置于一试管中，观察溶液的颜色（蓝色是否消失），随后 加入 1 2滴 0.1mol l -1Na 2S 溶液， 看是否有黑色沉淀物产生，以此检验Zn 与 CuSO4溶液反 应进行的程度。 五. 数据处理 1.数据记录 室温：K； CuSO4 5H2O 晶体的质量 OHCuSO m 245 ：g； CuSO4溶液的浓度 4 CuSO c：mol? L -1； CuSO4溶液的温度： _K； V
9、mL 溶液中 CuSO4的物质的量（或生成铜的物质的量） n： _ mol； 温度随实验时间的变化： 时间 t/s 温 度 反应前 T/K 反应后 T/K 时间 t/s 温 度 反应前 T/K 反应后 T/K 2.数据处理： 用作图纸作图或电脑绘图，横坐标表示时间，每隔20s 用 1cm；纵坐标表示温度，每度 用 1cm。求出T。 计算结果：从曲线上测得的?T_K 。 3.反应焓变实验值的求算与实验误差计算 (1) 根据式 (1)或式 (2)计算反应的焓变，反应后溶液的比热容c，可近似地用水的比热容 代替，为4.18 J?g -1?K-1 反应后溶液的密度可取为 1.03g?m L-1，量热计自身所吸收的热量可忽略不计。 计算结果：生成1mol 铜所放出的热量?H实验值 _ kJ?mol -1 (2)计算实验的百分误差，并分析产生误差的原因。 误差计算公式如下：