实验三中和热（焓）的测定

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1、实验三实验三 中和热（焓）的测定中和热（焓）的测定 一 实验目的实验目的 1. 通过实验了解中和热的概念； 2. 了解用热量计来直接测定反应热效应的实验方法与操作技能； 3. 学习用图解法进行数据处理，以求得正确 T 的方法； 4. 学习使用精密直流稳压电源和精密数字温度温差仪。 二 实验原理实验原理 在一定温度和浓度下， 酸和碱进行中和反应时产生的热效应称为中和热。 对于强酸和强碱，由于它们在水中完全解离，中和反应实质上是1+H和1OH的反应。因此在浓度足够低的条件下，不同的强酸强碱的中和热几乎是相同的，例如在 25时，进行一个单位反应的 热化学方程式为： 1H 1OH OH2 0 mrH

2、= 57.36KJmol-1对于弱酸和强碱进行的中和反应，情况有所不同。以醋酸的中和反应为例，因为醋酸的解离度很小，故可以认为是HAc与（3-1） 1OH进行的中和反应。因为中和热mrH只决定于始终态，而与过程无关，所以将其设计为HAc的解离反应和1+H和1OH生成H2O两步进行： OHOHHAcmrH 21 +解离Hr 中和Hr 111+OHAcH 根据盖斯定律，有 中和解离HHHrrmr+= （3-2） 则 中和解离HHHrmrr= （3-3） 本实验利用热量计分别测定盐酸和氢氧化钠中和反应的中和Hr以及醋酸和氢氧化钠中和反应的中和Hr，利用（3-3）式即可求得醋酸的解离热解离Hr。为此首

3、先利用电热法标定热量计常数 K，对热量计施以电压 U（伏） 、电流强度 I（安培） ，并通过 t（秒）后，使 热量计温度升高 T（K） 。根据焦尔楞次定律可知，热量计常数 K 为： TIUTK= （3-4） K 的物理意义是热量计升高 1K 时所需要的热量。它是热量计中的水及各部分的热容之和。等量酸碱的中和热中和Hr及mrH均由下式计算： 1000=cVTKHmr（3-5） 式中 c 酸（或碱）溶液的初始浓度，moldm-3； V 酸（或碱）溶液的体积，ml。 （3-5）式中的负号“”表示反应放热。 三 实验仪器和试剂实验仪器和试剂 热量计（包括杜瓦瓶、电热丝、储液管、磁力搅拌器） 1 套 精

4、密直流稳压电源 1 台 精密数字温度温差仪 1 台 量筒（500ml、50ml） 各 1 个 1moldm-3 NaOH溶液 1moldm-3 HCl溶液 1moldm-3 CH31 热量计常数 K 的测定 COOH溶液 四 实验步骤 热量计的装置如图 3-1 所示。用干布擦净杜瓦瓶，用量筒取 500ml 蒸馏水注入其中，放 入搅拌磁子，调节适当的转速，轻轻地塞紧杜瓦瓶的瓶塞。 将精密直流稳压电源的两输出引线分别接在电热丝的两接头上，打开电源开关，调节输 出电压和电流（电压为 2V 左右即可） ，然后将其中一根接线断开。按下精密数字温度温差 仪开关，片刻后按一下“采零”键，再设定“定时”1 分

5、钟，此后每分钟记录一次温差或温 度，当记下第十个读数时，立即将稳压电源断开的接线接上（此时即为加热的开始时刻） ， 并连续记录温差或温度，根据温度的变化的大小可以调整读数的间隔，但必须连续记时。在 通电过程中必须保持电流强度 I 和电压 U 恒定，并记录其数值。 待温度升高 0.81.0时，关闭稳压电源 开关，并记录通电时间 t。继续搅拌，每间隔 一分钟记录一次温差或温度，断电后测 10 个 点为止。 用作图法确定由于通电而引起的温度 变化 T（确定方法参见“实验 2 燃烧热的测 定 ”） 。 2. 中和热的测定 将杜瓦瓶中的水倒掉， 用干布将杜瓦瓶擦 干净，重新用量筒取 400ml蒸馏水注入

6、其中， 然后加入 50ml1moldm-3的HCl溶液。再取 50ml1moldm-3的NaOH溶液注入碱储液管中， 仔细检查是否漏液， 然后将玻璃棒插入储液管 中。调节适当的转速，轻轻地塞紧瓶塞，每分 钟记录一次温度或温差，记录 10 分钟。然后 用玻璃棒将储液管的胶塞捅掉（不要用力过 猛， 以免使玻璃棒碰到杜瓦瓶之内壁而损坏仪 器） 。 继续每隔一分钟记录一次温差或温度 （注 意整个实验过程时间是连续记录的） 。用作图法确定T23. 醋酸解离热的测定 。 用 1moldm-3的CH3COOH溶液代替HCl溶液，重复上述操作，求出T3。 图 3-1 热量计 1- 杜瓦瓶； 2-热电偶； 3-

7、电热丝； 4-搅拌器；5-碱储液管；6-玻璃棒；7-磁力搅拌器 4. 将作图法求得的T1将热量计常数K及作图法求得的T、电流强度I、电压U和通电时间t代入（3-4）式，计算热量计常 数K。 2、T3分别代入（3-5）式中（式中c=1moldm-3中和Hr，V=50ml） ， 计 算出和mrH。 将中和Hr和mrH代入（3-3）式，计算醋酸摩尔解离热解离Hr。 五 注意事项注意事项 1. 本实验是用同一热量计在相同条件下分别测定电加热温差T1及中和反应温差T2、 T32. 实验所用的 1moldm。在三次测量过程中，应尽量保持测定条件的一致，例如水和酸碱溶液体积的量取，搅 拌速率控制，初始状态的

8、水温等。 -3中和HrNaOH、HCl和HAc溶液应该准确配制，必要时可进行标定。实验所求的和mrH均为一摩尔反应的中和热，因此当HCl和HAc溶液浓度非常准确时，NaOH溶液的用量可以稍稍过量，以保证酸完全被中和。反之，当NaOH溶液浓度非常 准确时，酸可稍稍过量。为此，实验结束后可用酚酞溶液或PH试纸溶液的酸碱性。 1. 在电加热测定温差T1过程中，要经常察看电流强度和电压是否保持恒定，此外，若 温度上升较快，可改为每半分钟记录一次。在测定中和反应时，当加入碱液后，温 度上升很快，要读取温差（或温度）上升所达到的最高点，若温度是一直上升而不 下降，应记录上升变缓慢的开始温度及时间，只有这样

9、才能保证作图法求得T的准 确性。 六 数据记录与处理数据记录与处理 1. 数据记录： 室温_， 气压_ 表一 热量计常数 K 的测定 次数 温度读数 表二 测定弱酸强碱中和热的温度读数 次数 温度读数 表三 其它数据及计算结果 热量计热容量的测定 醋酸中和热的测定 HCl溶液浓度 （moldm-3） HAc溶液浓度 （moldm-3） HCl 溶液体积（ml） HAc 溶液体积（ml） NaOH溶液浓度 （moldm-3） NaOH溶 液 浓度 （moldm-3） NaOH 溶液体积（ml） NaOH 溶液体积（ml） 真实温升 T（） 真实温升 T（） 溶液平均温度（） 溶液平均温度（） 中

10、和热（Jmol-1H+1 ） 中和热（Jmol-1H+1 ） K（JK-1 ） H解离（Jmol-1 ） 2. 数据处理 七 思考题思考题 本实验中 HCl 和 NaOH 何者是过量的？既为过量为何要用移液管吸取？ 为何在测定量热器常数 K 时， 必须把温度计、 试管、 玻璃棒等都放在量热器内？ 附录 SWCIIDtBeAR=精密数字温度温差仪精密数字温度温差仪 在物理化学实验中，对体系的温差进行精确测量（如燃烧热和中和热的测定）时，以往 都是使用水银贝克曼温度计。 这种水银玻璃仪器虽然原理简单、 形象直观， 但使用时易破损， 且不能实现自动化控制， 特别是在使用前的调节比较麻烦， 近年来逐渐

11、被电子贝克曼温度计 所取代。电子贝克曼温度计的测量探头（热电偶）通常采用对温度极为敏感的热敏电阻，它是由金属氧化物半导体材料制成的，其电阻与温度的关系为（R 为电阻，t 为摄氏温度，A、B 是与材料有关的常数） 。通过温度的变化，转换成电性能变化，测量电性 能变化便可以测量出温度的变化。 SWCIID一 使用方法 精密 数字温度温差仪属 于电子贝克曼温度 计的一种，其操作 面板如图 3-2 所示。 该仪器可同时测量 体 系 的 温 度 和 温 差，且具有精度高、 测量范围宽和操作 简单等优点，此外 还设有可调报时、 读数保持、基温自 动选择、读数采零及超量程显示等功能，并配备RS-232C串行

12、口，可以实现温度温差检测与 控制自动化。 1. 将热电偶插入被测物中，深度大于 5 厘米，打开电源开关。开机后，仪器即显示热 电偶所测物的温度。 2. 温差测量 （1）基温选择：仪器根据被测物温度，自动选择合适的基温，其基温选择的标准见下表 所示。 温度 T 基温T温度 T 0 基温T0 T10 20 50T70 60 10T10 0 70T90 80 10T30 20 90T110 100 30T50 40 110T130 120 注：基温下T0（2）温差显示：面板温差显示部分即为被测物实际温度T与基温T不一定为绝对准确值，其为标准温度的近似值。 0 3. “采零”键的应用 的差值。 当温差

13、显示值稳定时，可按“采零”键，使温度显示为“0.000” ，仪器将此时的被测物图 3-2 SWCIID精密数字温度温差仪 温度 T 当作 0，若被测物温度变化时，则温差显示的即为温度的变化值。 4.“锁定” 键的应用 在一个实验过程中，仪器“采零”后，当被测物温度变化过大时，仪器的基温会自动 选择，这样，温差的显示值将不能正确反映温度的变化值，所以在实验开始后，按“采零” 键后，再按“锁定” 键，则仪器将不会改变基温。此时“采零”键也不起作用，直至重新 开机。 5.“测定保持”键的使用 当温度和温差的变化变化太快无法读数时，可将面板“测定保持”按钮置于“保持” 位置，读数完毕后再转换到“测定”位置，跟踪测量。 6. 定时读数 按面板“ 或 ”键，调至所需的报时间隔。调整完后，定时显示倒计时，当一个 计数周期完毕后， 峰鸣器鸣叫， 且读数保持约 5 秒钟， 此时可观察和记录数据。 若不想报警， 只需将“定时”读数置于“0”即可。 一 注意事项 1. 在测量过程中， “锁定”键需慎用，一旦按“锁定”键后，基温自动选择和“采零” 将不起作用，直至重新开机。 2. 当仪器杂乱无章或显示“OUL”时，表明仪器温差测量已超量程，应检查被测物的温 度或热电偶是否连接好，且重新“采零” 。 3. 仪器数字不变时，可检查仪器是否处于“保持”状态。