化学反应摩尔焓变的测定

目录实验一化学反应摩尔焓变的测定 (1)实验二氧化还原反应与电化学 (9)实验三醋酸解离度和解离常数的测定 (18)实验四自来水硬度的测定 (23)实验五聚乙烯醇甲醛反应制备胶水 (27)实验一化学反应摩尔焓变的测定一、实验目的1．了解测定反应的摩尔焓变的原理和方法；2．学习称量、溶液配制和移取的基本操作；3．学习实验数据的作图法处理。

二、实验原理化学反应通常是在恒压条件下进行的，反应的热效应一般指的就是恒压热效应q p 。

化学热力学中反应的摩尔焓变 r H m数值上等于q p，因此，通常可用量热的方法测定反应的摩尔焓变。

对于一般溶液反应（放热反应）的摩尔焓变，可用简易量热计测定。

该量热器采用玻璃保温杯制成，并附有数显温度计（可精确读至本实验测定C U SO4溶液与锌粉反应的摩尔焓变：C U2+(aq)+Zn(s)=Cu(s)+Zn2+(aq)为了使反应完全，使用过量的锌粉。

下，于量热计中发生反应，即反应系统不与量热计外的环境发生热交换，这样，量热计及其盛装物质的温度就会改变。

从反应系统前后温度变化及有关物质的热容，就可以计算中出该反应系统放出的热量。

但由于量热计并非严格绝热，在实验时间内，量热计不可避免地会与环境发生少量热交换；采用作图外推的方法（参见实验图1.2）,可适当地消除这一影响。

若不考虑量热计吸收的热量,则反应放出的热量等于系统中溶液吸收的热量:q p=m s c s∆T=V sρs c s∆T式中q p——反应中溶液吸收的热量，J；m s——反应后溶液的质量，g；c s——反应后溶液的体积，j·g-1·K-1；V s——反应后溶液的体积，ml；ρs——反应后溶液的密度，g·mL-1。

设反应前溶液中C u SO4的物质的量为nmol，则反应的摩尔焓变以kJ·mol-1计为∆r H m=－V sρs c s∆T/100n (1.1)设反应前后溶液的体积不变，则n=c(C u SO4) ·V s/1000式中c(C u SO4)为反应前溶液中C u SO4的浓度，mol·L-1。

将上式代入式（1.1）中，得：∆r H m=－1000V sρs c s∆T/[1000c(C u SO4)V S]=－ρs c s∆T／c(C u SO4) (1.2) 若考虑量热计的热容，则反应放出的热量q’p等于系统中溶液吸收的热量q p 与量热计吸收的热量之和：q'p=-(m c c s·∆T+C b·∆T)=-( V sρs c s+C b)∆T (1.3)式中C b表示热量计的热容，单位为J·K-1，可采用实验内容2的方法测定。

综上所述，考虑量热计热容时，反应的摩尔焓变∆r H m的计算公式为：∆r H m=-[（V sρs c s+C b）∆T]/[ c(C u SO4)·Vs] (1.4) 在101.325kPa和298.15k时，锌与C u SO4溶液反应的标准摩尔焓变的理论值可由有关物质的标准摩尔生成焓算出；∆r H mΘ(298.15k)为—218.66kJ·mol-1。

三、实验用品1．仪器与材料台式天平（公用），烧杯（100ml），试管，试管架，滴管，量筒（100ml），容量瓶（250ml），洗瓶，玻璃棒，滤纸片，数显温度计（0～50℃或0～100℃，具有0.1℃分度）,量热计，电磁搅拌器，秒表，恒温水浴锅。

2．试剂硫酸铜C u SO4·5H2O（固，分析纯），硫化钠Na2S（0.1·L-1）,锌粉(化学纯)。

四、实验步骤1．准确浓度的硫酸铜溶液的配制实验前计算好配制250ml0.100mol·L-1 C u SO4溶液所需C u SO4·5H2O的质量（要求3位有效数字）。

在台天平上称取所需的C u SO4·5H2O晶体，并将它倒入烧杯中。

加入少量去离子水，用玻璃棒搅拌。

待硫酸铜完全溶解后，将此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2～3次，洗涤溶液也一并注入容量瓶中，最后加去离子水至刻度。

盖紧瓶塞，将瓶内溶液混合均匀。

2．量热计热容C的测定b（1）洗净并擦干（用滤纸片）量热计反应杯。

用量筒准确量取60ml冷水并注入反应杯中，放入搅拌子，盖上盖子，务必使温度传感器的玻璃端浸入水中，但不能太深，以防止搅拌时打碎传感器探头。

（2）将量热计放在电磁搅拌器上，接通电源，搅拌溶液，转速以使水产生0.5～1cm深的旋涡为宜。

每隔30s读取一次量热计中冷水的温度，边读边记录直至量热计中的水温保持热平衡（约3min）。

（3）用量筒量取100ml热水（温度比冷水高20～25℃左右），将温度计插入水中，待温度计的温度上升到最高且开始下降后，每隔30s读取一次温度读数，连续测定3min后（不能停秒表），将量筒中的热水迅速全部倒入量热计中，立即盖上盖子，并及时、准确继续读取混合后的水温（先每10s一次测一分钟，再每30s测一次），连续测定8min。

（4）实验结束，打开量热计盖子，倒出量热计中的水，擦干反应杯和搅拌子备用。

冷水温度Tc 取测定的恒定值，热水温度Th和混合水的温度Tm可由作图外推法求得（参见实验图1.1）3．反应的摩尔焓变的测定（1）在台式天平上称取1.5g锌粉（托盘上放称量纸），并将锌粉倒入量热计中。

（2）洗净并擦干刚用过的有反应杯，并使其冷却至室温。

用量筒量取100ml 配制好的硫酸铜溶液，注入量热计中（量热计是否事先要用硫酸铜溶液洗涤几次，为什么？使用量筒有哪些应注意之处？），盖上量热计盖子。

（3）开动电磁搅拌器，不断搅拌溶液，并用秒表每隔30s记录一次温度读数。

注意要边读数边记录，直至溶液与量热计达到热平衡，而温度保持恒定（一般约需3min）。

（4）加入锌粉，并同时开启秒表，记录开始反应的时间，继续不断搅拌，并每隔10s记录一次温度读数，测一分钟，然后每隔30s记录一次温度读数，持续测定5min。

（5）实验结束后，小心打开量热计的盖子。

取少量反应后的澄清溶液置于一试管中，观察溶液的颜色，随后加入1～2滴0.1mol·L-1Na2S溶液，从产生的现象分析生成了什么物质，并说明锌与CuSO4溶液反应进行的过程。

倾出量热计中反应后的溶液，关闭电磁搅拌器，收回所用的搅拌子，将实验中用过的仪器洗涤干净，放回原处。

五、数据记录和处理1.数据记录室温T/K：CuSO4·5H2O晶体质量m(CuSO4·5H2O)/g:CuSO4溶液的浓度c(CuSO4)/(mol·L-1):温度随实验观察时间的变化：（1）量热计热容的测定（2）反应的摩尔焓变的测定2.作图与外推（1）量热计的热容C b用实验步骤2测定的温度对时间作图，得时间温度曲线（如实验图1.2）。

外推得混合时热水的温度T h,混合后水的温度T m；T c为冷水的温度，取测定的恒定值。

（2）反应的摩尔焓变用实验步骤3所测定的温度对时间作图，得时间-温度曲线（如实验图1.2）。

得出T1和外推值T2实验图1.2 量热计热容测定时实验温度随时间的变化图1.3 反应的摩尔焓变测定时温度随时间的变化实验中温度到达最高值后，往往有逐渐下降的趋势，如实验图1.3所示。

这是由于本实验所用的很简易量热计不是严格的绝热装置，它不可避免地要与环境发生少量热交换。

实验图1.3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，就是用外推法补偿的由热量散失造成的温度差。

为了获得准确的外推值，温度下降后的实验点应足够多。

3.量热计热容C b和反应的摩尔焓变 rH m的计算（1）量热计热容C b根据能量守恒原理，热水放出的热量等于冷水吸收的热量与量热计吸收的热量之和：（T h-T m）V h·ρ(H2O) ·c(H2O)=(T m-T c)·[V cρ(H2O) ·c(H2O)+C b] (1.5) 式中V h——热水的体积，mL；V c——冷水的体积，mL；ρ(H2O)——水的密度，采用1.00g·mL-1；c(H2O)——水的比热容，采用4.18J·g·k-1；Cb——量热器的热容，J·k-1。

（2）反应的摩尔焓变∆r H m根据式1.2和式1.3可分别计算不考虑量热计热容和考虑量热计热容的反应的摩尔焓变,反应后溶液的比热容cs 可近似地用水的比热容代替：cs= c(H2O)；反应后溶液的密度ρs可近似地取室温时0.200mol·L-1ZnSO4溶液的密度，为1.03g·mL-1。

（3）实验结果的百分误差误差计算式如下：百分误差=()()100 ()r m r mr mH HH∆-∆⨯∆实验值理论值理论值％式中，（∆r H m）理论值可近似地∆r HΘ（298.15Ｋ）代替。

计算两种情况测定的反应的摩尔焓变的百分误差，分析产生误差的原因。

六、思考题1．实验中所用锌粉为何只需用台式天平称取，而对C u SO4溶液的浓度则要求比较准确？2．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？3．做好本实验的关健是什么？4．了解配制250ml0.100mol·L-1CuSO4溶液的方法和操作时的注意事项，计算所需CuSO4·5H2O晶体的质量。

5．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∆r HΘ (298.15)估算本实验的∆T(K)。

6．预习实验数据的作图法以及容量瓶使用等内容。

实验二氧化还原反应与电化学一、实验目的1.了解原电池的组成及其电动势的粗略测定；2.了解电极电势与氧化还原反应的关系以及浓度、介质的酸碱性对电极电势、氧化还原反应的影响；3.了解一些氧化还原电对的氧化还原性；4.了解电化学腐蚀的基本原理及防止的方法。

二、实验原理1.原电池组成和电动势（E池）利用氧化还原反应产生电流的装置叫做原电池。

原电池中必须有电解质（常为溶液）及不同的电极，还可有盐桥。

对于用两种不同金属电极所组成的原电池，一般来说，较活泼的金属为负极，相对不活泼的金属为正极。

放电时，负极上的金属给出电子发生氧化反应，电子通过外电路流入正极；阳离子在正极上得到电子发生还原反应。

在外电路中接上伏特计，可粗略地测得原电池的电动势E池（此时，测定过程中有电流通过）。