化学反应摩尔焓变的测定.docx
- 文档编号:7200152
- 上传时间:2023-01-21
- 格式:DOCX
- 页数:6
- 大小:105.42KB
化学反应摩尔焓变的测定.docx
《化学反应摩尔焓变的测定.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《化学反应摩尔焓变的测定.docx(6页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
化学反应摩尔焓变的测定
化学反应摩尔焓变的测定
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学反应的标准摩尔焓变,用△rHmθ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
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)
ρ—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nmol,则反应的焓变为:
(1)
设反应前后溶液的体积不变,则
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
(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ddˊ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(0~50℃,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(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250mL0.200mol•L-1CuSO4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
(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15-20s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,可使用放大镜。
直至温度上升到最高温度读数后,再每隔30s继续测定5~6min。
(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-1Na2S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
:
g;
CuSO4溶液的浓度
:
mol•L-1;
CuSO4溶液的温度:
________K;
VmL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
。
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4.18J•g-1•K-1
反应后溶液的密度ρ可取为1.03g•mL-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:
百分误差(%)=
式中,
=-217.23kJ•mol-1
计算结果:
百分误差________%。
六.注意事项
1.硫酸铜称量要精确;
2.锌粉加入要迅速,立即塞紧塞子;
3.计时、计温要准确;
4.采用外推法求
,以减少误差。
七.思考题
1.配制250mL的0.100mol·L-1CuSO4溶液的方法和操作时的注意事项有哪些?
计算所需CuSO4·5H2O晶体的质量。
2.根据298.15K时单质和水合离子的标准摩尔生成焓的数值,计算本实验反应的标准摩尔焓变,并用
rH
(298.15)估算本实验的
T(K)。
3.所用的量热计是否允许有残留的水滴?
为什么?
4.为什么不取反应物混合后溶液的最高温度与刚混合时的温度之差,作为实验中测定的
T数值,而要采用作图外推的方法求得?
作图与外推中有哪些应注意之处?
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 化学反应 摩尔 测定