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        稀溶液與固體反應(yīng)焓變的測(cè)量和校準(zhǔn)

        2014-06-17 23:45:55陳瑞芝申曉莉
        化學(xué)教學(xué) 2014年4期
        關(guān)鍵詞:外推法

        陳瑞芝+申曉莉

        摘要:用簡(jiǎn)易量熱計(jì)測(cè)量稀溶液和固體的反應(yīng)焓變。測(cè)量反應(yīng)物混合前后溫度隨時(shí)間的變化,把兩部分溫度分布外推到固體與溶液混合時(shí)刻,圖解得到反應(yīng)產(chǎn)生的最高溫差。外推法可以補(bǔ)償反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的系統(tǒng)與環(huán)境的熱交換。利用外推法測(cè)量和計(jì)算了硫酸銅與鋅粉的反應(yīng)焓變;利用蓋斯定律間接測(cè)得了碳酸氫鈉加熱分解的反應(yīng)焓變。用冷熱水混合法測(cè)量了量熱計(jì)的比熱容,對(duì)反應(yīng)實(shí)際產(chǎn)生的熱量進(jìn)一步校準(zhǔn)。經(jīng)校準(zhǔn)后的反應(yīng)焓變接近標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)焓變。外推法可以推廣到其他稀溶液和固體之間的反應(yīng)。

        關(guān)鍵詞:簡(jiǎn)易量熱計(jì);反應(yīng)焓變;外推法;量熱計(jì)的比熱容

        文章編號(hào):1005–6629(2014)4–0048–04 中圖分類號(hào):G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

        以鋅粉與硫酸銅溶液的反應(yīng)為例來(lái)闡述稀溶液與固體反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理的方法[10,11]。

        1.1 試劑和儀器

        鋅粉(化學(xué)純);0.25 mol·L-1 CuSO4溶液(精確配制后放置與室溫達(dá)到熱平衡);量熱計(jì)(內(nèi)層150 mL塑料保溫杯,用隔熱材料固定在一個(gè)大燒杯里。在泡沫塑料蓋子上有兩個(gè)小孔,上面用橡皮套固定一只溫度計(jì)和環(huán)形攪拌棒。以下所有實(shí)驗(yàn)使用同一個(gè)量熱計(jì));電子天平(精確到0.1 g);25 mL或50 mL移液管(學(xué)生實(shí)驗(yàn)可以改用50 mL量筒);普通溫度計(jì);秒表。

        1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

        (1)用干燥的小燒杯稱量3 g鋅粉。

        (2)準(zhǔn)確量取50.0 mL CuSO4溶液,加入量熱計(jì),測(cè)量溶液的初始溫度。

        (3)啟動(dòng)秒表,攪拌溶液,在0.5,1,1.5,2分鐘時(shí)測(cè)量并記錄溶液的溫度。

        (4)在2.5分鐘時(shí)把鋅粉迅速倒入溶液,蓋好蓋子均勻并劇烈攪拌,直到實(shí)驗(yàn)完成。

        (5)從第3分鐘開(kāi)始,每間隔半分鐘記錄一次溫度;第6分鐘開(kāi)始,每分鐘記錄一次溫度,記錄數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

        (1)用移液管量取50.0 mL鹽酸到量熱計(jì)中。

        (2)用干燥的小燒杯稱量約10 g碳酸氫鈉固體。

        (3)測(cè)量酸溶液的初始溫度。啟動(dòng)秒表,在1,1.5,2,2.5分鐘時(shí)測(cè)量并記錄溶液的溫度。

        (4)在第3分鐘將碳酸氫鈉固體分三次加入溶液并迅速攪拌,直到實(shí)驗(yàn)完成。注意不可因太快加入固體使反應(yīng)混合物溢出量熱計(jì),也不可因太慢加入導(dǎo)致熱量損失。

        (5)從第4分鐘開(kāi)始,繼續(xù)攪拌并測(cè)量混合物的溫度。每半分鐘記錄一次溫度,第6分鐘開(kāi)始每分鐘記錄一次溫度。記錄數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

        3 測(cè)量量熱計(jì)的比熱容

        反應(yīng)釋放的熱量,除了傳遞給溶液,還少量傳遞給量熱計(jì)。為了提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度,我們測(cè)量量熱計(jì)的熱容并計(jì)算出量熱計(jì)消耗的熱量,用于校準(zhǔn)上述兩個(gè)反應(yīng)的焓變。

        3.1 方法和步驟

        當(dāng)熱水和冷水在量熱計(jì)中混合時(shí),根據(jù)能量守恒定律,熱水釋放的熱量等于冷水吸收的熱量加上量熱計(jì)吸收的熱量。在測(cè)量熱容時(shí)冷熱水的總體積等于前面反應(yīng)焓變實(shí)驗(yàn)中溶液的體積。具體操作如下:

        (1)用移液管量取25.0 mL蒸餾水到量熱計(jì)。

        (2)用移液管量取25.0 mL蒸餾水到小燒杯。加熱燒杯里的水直到水溫升高至65~70℃。用普通溫度計(jì)測(cè)水溫。

        (3)攪拌量熱計(jì)中的冷水,用精密溫度計(jì)測(cè)量和記錄冷水的溫度,并將該溫度記為初始溫度。

        (4)啟動(dòng)秒表,每分鐘記錄一次溫度,記錄3分鐘。

        (5)停止加熱,攪拌熱水。在第4分鐘時(shí)測(cè)量并記錄熱水的溫度,T1= 67.0℃ 。

        (6)迅速將熱水倒入量熱計(jì)的冷水中,攪拌但不記錄此刻的溫度。

        (7)在第4.5分鐘時(shí)記錄水溫,此后不斷攪拌,每半分鐘記錄一次溫度直到記錄到9分鐘。溫度數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

        參考文獻(xiàn):

        [1]宋心琦主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)·化學(xué)反應(yīng)原理[M].北京:人民教育出版社,2007:4~5.

        [2][6]李聚源,謝娟,孟梅.“化學(xué)反應(yīng)摩爾焓變的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].化學(xué)世界,2003,(8):444~446.

        [3][7][英] R. Norris, L. Ryan and D. Acaster, Cambridge International AS and A Level Chemistry Coursebook, Cambridge University Press, 2011:98~99.

        [4][8][10] http://www.savitapall.com/thermochemistry/labs/enthalpy_of_zinc_and_copper.pdf .

        [5][9][11] http://www.creative-chemistry.org.uk/alevel/module2/ documents/N-ch2-11.pdf .

        [12][13][14][15][美] J. A.迪安主編.魏俊發(fā)等譯.蘭氏化學(xué)手冊(cè)(第二版)[M].北京:科學(xué)出版社,2003:102~106,144.

        摘要:用簡(jiǎn)易量熱計(jì)測(cè)量稀溶液和固體的反應(yīng)焓變。測(cè)量反應(yīng)物混合前后溫度隨時(shí)間的變化,把兩部分溫度分布外推到固體與溶液混合時(shí)刻,圖解得到反應(yīng)產(chǎn)生的最高溫差。外推法可以補(bǔ)償反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的系統(tǒng)與環(huán)境的熱交換。利用外推法測(cè)量和計(jì)算了硫酸銅與鋅粉的反應(yīng)焓變;利用蓋斯定律間接測(cè)得了碳酸氫鈉加熱分解的反應(yīng)焓變。用冷熱水混合法測(cè)量了量熱計(jì)的比熱容,對(duì)反應(yīng)實(shí)際產(chǎn)生的熱量進(jìn)一步校準(zhǔn)。經(jīng)校準(zhǔn)后的反應(yīng)焓變接近標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)焓變。外推法可以推廣到其他稀溶液和固體之間的反應(yīng)。

        關(guān)鍵詞:簡(jiǎn)易量熱計(jì);反應(yīng)焓變;外推法;量熱計(jì)的比熱容

        文章編號(hào):1005–6629(2014)4–0048–04 中圖分類號(hào):G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

        以鋅粉與硫酸銅溶液的反應(yīng)為例來(lái)闡述稀溶液與固體反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理的方法[10,11]。

        1.1 試劑和儀器

        鋅粉(化學(xué)純);0.25 mol·L-1 CuSO4溶液(精確配制后放置與室溫達(dá)到熱平衡);量熱計(jì)(內(nèi)層150 mL塑料保溫杯,用隔熱材料固定在一個(gè)大燒杯里。在泡沫塑料蓋子上有兩個(gè)小孔,上面用橡皮套固定一只溫度計(jì)和環(huán)形攪拌棒。以下所有實(shí)驗(yàn)使用同一個(gè)量熱計(jì));電子天平(精確到0.1 g);25 mL或50 mL移液管(學(xué)生實(shí)驗(yàn)可以改用50 mL量筒);普通溫度計(jì);秒表。

        1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

        (1)用干燥的小燒杯稱量3 g鋅粉。

        (2)準(zhǔn)確量取50.0 mL CuSO4溶液,加入量熱計(jì),測(cè)量溶液的初始溫度。

        (3)啟動(dòng)秒表,攪拌溶液,在0.5,1,1.5,2分鐘時(shí)測(cè)量并記錄溶液的溫度。

        (4)在2.5分鐘時(shí)把鋅粉迅速倒入溶液,蓋好蓋子均勻并劇烈攪拌,直到實(shí)驗(yàn)完成。

        (5)從第3分鐘開(kāi)始,每間隔半分鐘記錄一次溫度;第6分鐘開(kāi)始,每分鐘記錄一次溫度,記錄數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

        (1)用移液管量取50.0 mL鹽酸到量熱計(jì)中。

        (2)用干燥的小燒杯稱量約10 g碳酸氫鈉固體。

        (3)測(cè)量酸溶液的初始溫度。啟動(dòng)秒表,在1,1.5,2,2.5分鐘時(shí)測(cè)量并記錄溶液的溫度。

        (4)在第3分鐘將碳酸氫鈉固體分三次加入溶液并迅速攪拌,直到實(shí)驗(yàn)完成。注意不可因太快加入固體使反應(yīng)混合物溢出量熱計(jì),也不可因太慢加入導(dǎo)致熱量損失。

        (5)從第4分鐘開(kāi)始,繼續(xù)攪拌并測(cè)量混合物的溫度。每半分鐘記錄一次溫度,第6分鐘開(kāi)始每分鐘記錄一次溫度。記錄數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

        3 測(cè)量量熱計(jì)的比熱容

        反應(yīng)釋放的熱量,除了傳遞給溶液,還少量傳遞給量熱計(jì)。為了提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度,我們測(cè)量量熱計(jì)的熱容并計(jì)算出量熱計(jì)消耗的熱量,用于校準(zhǔn)上述兩個(gè)反應(yīng)的焓變。

        3.1 方法和步驟

        當(dāng)熱水和冷水在量熱計(jì)中混合時(shí),根據(jù)能量守恒定律,熱水釋放的熱量等于冷水吸收的熱量加上量熱計(jì)吸收的熱量。在測(cè)量熱容時(shí)冷熱水的總體積等于前面反應(yīng)焓變實(shí)驗(yàn)中溶液的體積。具體操作如下:

        (1)用移液管量取25.0 mL蒸餾水到量熱計(jì)。

        (2)用移液管量取25.0 mL蒸餾水到小燒杯。加熱燒杯里的水直到水溫升高至65~70℃。用普通溫度計(jì)測(cè)水溫。

        (3)攪拌量熱計(jì)中的冷水,用精密溫度計(jì)測(cè)量和記錄冷水的溫度,并將該溫度記為初始溫度。

        (4)啟動(dòng)秒表,每分鐘記錄一次溫度,記錄3分鐘。

        (5)停止加熱,攪拌熱水。在第4分鐘時(shí)測(cè)量并記錄熱水的溫度,T1= 67.0℃ 。

        (6)迅速將熱水倒入量熱計(jì)的冷水中,攪拌但不記錄此刻的溫度。

        (7)在第4.5分鐘時(shí)記錄水溫,此后不斷攪拌,每半分鐘記錄一次溫度直到記錄到9分鐘。溫度數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

        參考文獻(xiàn):

        [1]宋心琦主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)·化學(xué)反應(yīng)原理[M].北京:人民教育出版社,2007:4~5.

        [2][6]李聚源,謝娟,孟梅.“化學(xué)反應(yīng)摩爾焓變的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].化學(xué)世界,2003,(8):444~446.

        [3][7][英] R. Norris, L. Ryan and D. Acaster, Cambridge International AS and A Level Chemistry Coursebook, Cambridge University Press, 2011:98~99.

        [4][8][10] http://www.savitapall.com/thermochemistry/labs/enthalpy_of_zinc_and_copper.pdf .

        [5][9][11] http://www.creative-chemistry.org.uk/alevel/module2/ documents/N-ch2-11.pdf .

        [12][13][14][15][美] J. A.迪安主編.魏俊發(fā)等譯.蘭氏化學(xué)手冊(cè)(第二版)[M].北京:科學(xué)出版社,2003:102~106,144.

        摘要:用簡(jiǎn)易量熱計(jì)測(cè)量稀溶液和固體的反應(yīng)焓變。測(cè)量反應(yīng)物混合前后溫度隨時(shí)間的變化,把兩部分溫度分布外推到固體與溶液混合時(shí)刻,圖解得到反應(yīng)產(chǎn)生的最高溫差。外推法可以補(bǔ)償反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的系統(tǒng)與環(huán)境的熱交換。利用外推法測(cè)量和計(jì)算了硫酸銅與鋅粉的反應(yīng)焓變;利用蓋斯定律間接測(cè)得了碳酸氫鈉加熱分解的反應(yīng)焓變。用冷熱水混合法測(cè)量了量熱計(jì)的比熱容,對(duì)反應(yīng)實(shí)際產(chǎn)生的熱量進(jìn)一步校準(zhǔn)。經(jīng)校準(zhǔn)后的反應(yīng)焓變接近標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)焓變。外推法可以推廣到其他稀溶液和固體之間的反應(yīng)。

        關(guān)鍵詞:簡(jiǎn)易量熱計(jì);反應(yīng)焓變;外推法;量熱計(jì)的比熱容

        文章編號(hào):1005–6629(2014)4–0048–04 中圖分類號(hào):G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

        以鋅粉與硫酸銅溶液的反應(yīng)為例來(lái)闡述稀溶液與固體反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理的方法[10,11]。

        1.1 試劑和儀器

        鋅粉(化學(xué)純);0.25 mol·L-1 CuSO4溶液(精確配制后放置與室溫達(dá)到熱平衡);量熱計(jì)(內(nèi)層150 mL塑料保溫杯,用隔熱材料固定在一個(gè)大燒杯里。在泡沫塑料蓋子上有兩個(gè)小孔,上面用橡皮套固定一只溫度計(jì)和環(huán)形攪拌棒。以下所有實(shí)驗(yàn)使用同一個(gè)量熱計(jì));電子天平(精確到0.1 g);25 mL或50 mL移液管(學(xué)生實(shí)驗(yàn)可以改用50 mL量筒);普通溫度計(jì);秒表。

        1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

        (1)用干燥的小燒杯稱量3 g鋅粉。

        (2)準(zhǔn)確量取50.0 mL CuSO4溶液,加入量熱計(jì),測(cè)量溶液的初始溫度。

        (3)啟動(dòng)秒表,攪拌溶液,在0.5,1,1.5,2分鐘時(shí)測(cè)量并記錄溶液的溫度。

        (4)在2.5分鐘時(shí)把鋅粉迅速倒入溶液,蓋好蓋子均勻并劇烈攪拌,直到實(shí)驗(yàn)完成。

        (5)從第3分鐘開(kāi)始,每間隔半分鐘記錄一次溫度;第6分鐘開(kāi)始,每分鐘記錄一次溫度,記錄數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

        (1)用移液管量取50.0 mL鹽酸到量熱計(jì)中。

        (2)用干燥的小燒杯稱量約10 g碳酸氫鈉固體。

        (3)測(cè)量酸溶液的初始溫度。啟動(dòng)秒表,在1,1.5,2,2.5分鐘時(shí)測(cè)量并記錄溶液的溫度。

        (4)在第3分鐘將碳酸氫鈉固體分三次加入溶液并迅速攪拌,直到實(shí)驗(yàn)完成。注意不可因太快加入固體使反應(yīng)混合物溢出量熱計(jì),也不可因太慢加入導(dǎo)致熱量損失。

        (5)從第4分鐘開(kāi)始,繼續(xù)攪拌并測(cè)量混合物的溫度。每半分鐘記錄一次溫度,第6分鐘開(kāi)始每分鐘記錄一次溫度。記錄數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

        3 測(cè)量量熱計(jì)的比熱容

        反應(yīng)釋放的熱量,除了傳遞給溶液,還少量傳遞給量熱計(jì)。為了提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度,我們測(cè)量量熱計(jì)的熱容并計(jì)算出量熱計(jì)消耗的熱量,用于校準(zhǔn)上述兩個(gè)反應(yīng)的焓變。

        3.1 方法和步驟

        當(dāng)熱水和冷水在量熱計(jì)中混合時(shí),根據(jù)能量守恒定律,熱水釋放的熱量等于冷水吸收的熱量加上量熱計(jì)吸收的熱量。在測(cè)量熱容時(shí)冷熱水的總體積等于前面反應(yīng)焓變實(shí)驗(yàn)中溶液的體積。具體操作如下:

        (1)用移液管量取25.0 mL蒸餾水到量熱計(jì)。

        (2)用移液管量取25.0 mL蒸餾水到小燒杯。加熱燒杯里的水直到水溫升高至65~70℃。用普通溫度計(jì)測(cè)水溫。

        (3)攪拌量熱計(jì)中的冷水,用精密溫度計(jì)測(cè)量和記錄冷水的溫度,并將該溫度記為初始溫度。

        (4)啟動(dòng)秒表,每分鐘記錄一次溫度,記錄3分鐘。

        (5)停止加熱,攪拌熱水。在第4分鐘時(shí)測(cè)量并記錄熱水的溫度,T1= 67.0℃ 。

        (6)迅速將熱水倒入量熱計(jì)的冷水中,攪拌但不記錄此刻的溫度。

        (7)在第4.5分鐘時(shí)記錄水溫,此后不斷攪拌,每半分鐘記錄一次溫度直到記錄到9分鐘。溫度數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

        參考文獻(xiàn):

        [1]宋心琦主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)·化學(xué)反應(yīng)原理[M].北京:人民教育出版社,2007:4~5.

        [2][6]李聚源,謝娟,孟梅.“化學(xué)反應(yīng)摩爾焓變的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].化學(xué)世界,2003,(8):444~446.

        [3][7][英] R. Norris, L. Ryan and D. Acaster, Cambridge International AS and A Level Chemistry Coursebook, Cambridge University Press, 2011:98~99.

        [4][8][10] http://www.savitapall.com/thermochemistry/labs/enthalpy_of_zinc_and_copper.pdf .

        [5][9][11] http://www.creative-chemistry.org.uk/alevel/module2/ documents/N-ch2-11.pdf .

        [12][13][14][15][美] J. A.迪安主編.魏俊發(fā)等譯.蘭氏化學(xué)手冊(cè)(第二版)[M].北京:科學(xué)出版社,2003:102~106,144.

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