中和热的测定

实验三    中和热的测定 【实验目的】 1. 通过实验了解中和热的概念。 2. 了解用量热计来直接测定反应热效应的实验方法和操作技能。 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的精密数字温差仪。 【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 和 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： ＋    →          = －57.36KJ·mol-1      （3-1） 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 进行的中和反应。因为中和热 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 和 生成H2O两步进行： 根据盖斯定律，有 （3-2） 则 （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 以及醋酸和氢氧化钠中和反应的 ，利用（3-3）式即可求得醋酸的解离热 。为此首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ΔT（K）。根据焦尔－楞次定律可知，热量计常数K为：      （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 及 均由下式计算： （3-5） 式中 c －  酸（或碱）溶液的初始浓度，mol·dm-3； V －  酸（或碱）溶液的体积，ml。 （3-5）式中的负号“－”表示反应放热。 【实验仪器和试剂】 中和热（焓）测定装置 SWC-ZH 精密数字温度温差仪 （SWC-ⅡD） SWC-ZH中和热（焓）测定装置-WHL数字恒流电源 量筒（500ml、50ml）                                                  1mol·dm-3 NaOH溶液 1mol·dm-3 HCl溶液 【实验步骤】 1. 热量计常数K的测定 （1）取500mL蒸馏水于杜瓦瓶中，放入搅拌瓷子，调节适当的转数，盖上盖子，将精密直流电源的两输入接线接在电热丝两端，打开电源，调节电压为10V，将其中一根线断开，打开数字温度温差仪，打开中和热软件，设置坐标为0—2，“采零”同时点击“开始绘图”，3—5min，待系统稳定为直线时，接通电源，点击“通电计时”，记录电压和电流值。 （2）当温差升到1.3以上时，断开加热电源，同时点击中和热软件中的“停止绘图”，使系统稳定3—5min时后，停止绘图，进行“图形校正”，得出K值。 2.中和热的测定 将中和热软件点到“中和热测定”，取400mL蒸馏水和50mL HCl于杜瓦瓶中，再倒入50mL NaOH于碱储液管中，调节转数，打开温度温差仪开关，打开软件，点击鼠标右键设置坐标，纵坐标0—2，采样时间53min,“采零”同时点击“开始绘图”，记录约3—5min，当系统稳定后，将碱储液管中得玻璃塞向上提，使碱流入杜瓦瓶中与HCl反应，待系统稳定记录3—5min，“停止绘图”进行“图形校正”，即可得出中和热。 【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ΔT1及中和反应温差ΔT2、ΔT3。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，初始状态的水温等。 2. 实验所用的1mol·dm-3NaOH、HCl溶液应该准确配制，必要时可进行标定。实验所求的 和 均为一摩尔反应的中和热，因此当HCl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。 在电加热测定温差ΔT1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，只有这样才能保证作图法求得ΔT的准确性。 【思考题】 1． 本实验中HCl和NaOH何者过量？既为过量为何要用移液管取？ 2． 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？ 试验说明书 一、简介 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。对于强酸强碱，由于它们在水中完全解离，中和反应实质上是H+与OH—的反应。本实验装置抓住此实质研制出一体化的中和热实验装置，它将温度温差仪、恒流源、量热计、磁力搅拌器等集成一体。具有体积小，重量轻、便于携带，显示清晰直观，实验数据稳定等特点，是院校做中和热实验的理想实验装置。 二、技术指标及使用条件 1、技术指标 最大加热功率 12W 温度测量范围 -50℃～150℃ 温度测量分辩率 0.01℃ 温差测量范围 ±19.999℃ 温差测量分辩率 0.001℃ 输出信号 RS-232C串行口（可选配）     2、使用条件 电源：～220V±10%，50HZ 环境：温度-5℃～50℃，湿度≤85% 无腐蚀性气体的场合 三、面板示意图 （一）前面板示意图 1、电源开关。 2、串行口：计算机接口。（可选配） 3、增、减键按钮：按增、减键设置所需定时时间。 4、调速旋钮：调节磁力搅拌器的速率。 5、加热功率旋钮：根据需要调节所需输出加热的功率。 6、状态转换键：测试功能与待机功能之间的转换。 7、正极接线柱：负载的正极接入处。 8、负极接线柱：负载的负极接入处。 9、接地接线柱。 10、温差采零键：在待机状态下，按下此键对温差进行清零。 11、测试指示灯：灯亮表明仪器处于测试工作状态。 12、待机指示灯：灯亮表明仪器处于待机工作状态。 13、定时显示窗口：显示所设定的定时时间间隔。 14、温度显示窗口：显示所测物的温度值。 15、温差显示窗口：显示温差值。 16、加热功率显示窗口：显示输出的加热功率值。 17、固定架：固定中和热反应器。 （二）后面板示意图 1、 保险丝：2A。 2、 电源插座：与～220V连接。 3、 传感器插座：将传感器插头插入此插座。 （三）量热杯 四、实验内容及步骤 1、打开机箱盖，将仪器平稳地放在试验台上，将传感器PT100插头接入后面板传感器座，用配置的加热功率输出线接入“I+”、“I-”，“红-红”、“兰-兰”，接入220V电源。 2、打开电源开关，仪器处于待机状态，待机指示灯亮，如图所示，预热十分钟。 3、将量热杯放到反应器的固定架上。 （一）热量计常数K的测定 1）用布擦净量热杯，量取500ml蒸馏水注入其中，放入搅拌磁珠，调节适当的转速。 2）将O型圈（调节传感器插入深度）套入传感器并将传感器插入量热杯中（不要与加热丝相碰），将功率输入线两端接在电热丝两接头上。按“状态转换”键切换到测试状态（测试指示灯亮），调节“加热功率”调节旋钮，使其输出为所需功率（一般为2.5W），再次按“状态转换”键切换到待机状态，并取下加热丝两端任一夹子。 3）待温度基本稳定后，按“状态转换”键切换到测试状态，仪器对 温差自动采零，设定“定时”60s，蜂鸣器响，记录一次温差值即1分钟记录1次。 4）当记下第十个读数时，夹上取下的加热丝一端的夹子，此时为加热的开始时刻。连续记录温差和计时，根据温度变化大小可调整读数的间隔，但必须连续计时。 5）待温度升高0.8～1.0℃时，取下加热丝一端的夹子，并记录通电时间t。继续搅拌，每间隔一分钟记录一次温差，测10个点为止。 6）用作图法求出由于通电而引起的温度变化△T1。（用雷诺校正法确定）。 （二）中和热的测定 1）将量热杯中的水倒掉，用干布擦净，重新用量筒取400ml蒸馏水注入其中，然后加入50ml 1mol·dm-3的HCl溶液。再取50ml  1mol·dm-3的NaOH溶液注入碱储液管中，仔细检查是否漏液。 2）适当调节磁珠的转速，每分钟记录一次温差，记录10分钟。 3）然后迅速拔出玻璃棒，加入碱溶液（不要用力过猛，以免相互碰撞而损坏仪器）。继续每隔一分钟记录一次温差（注意整个过程时间是连续记录的，如温度上升很快可改为30s记录一次温差）。 4）加入碱溶液后，温度上升，待体系中温差几乎不变并维持一段时间即可停止测量。 5） 用作图法确定△T2。 （三）醋酸解离热的测定 用1mol·dm-3CH3COOH溶液代替HCl溶液，重复上述2操作，求出△T3。 （四）将作图法求得的△T1、加热功率P和通电时间t代入下式中，计算出热量计常数K。 1）将热量计常数K及作图法求得的△T2、△T3分别代入下式中（式中C=1mol·dm-3，V=50ml），计算出△rH中和和△rHm。 2）将△rH中和和△rHm代入下式中，计算出醋酸摩尔解离热△rH解离。 △rH解离=△rHm—△rH中和 五、注意事项 1、在三次测量过程中，应尽量保持测定条件的一致。如水和酸碱溶液体积的量取，搅拌速度的控制，初始状态的水温等。 2、实验所用的1mol·dm-3NaOH、HCl和Hac溶液应准确配制，必要时可进行标定。 3、实验所求的△rH中和和△rHm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溶液的用量可稍稍过量，以保证酸完全被中和。反之，当NaOH溶液浓度准确时，酸可稍稍过量。 4、在电加热测定温差△T1过程中，要经常察看功率是否保持恒定，此外，若温度上升较快，可改为每半分钟记录一次。 5、在测定中和反应时，当加入碱液后，温度上升很快，要读取温差上升所达的最高点，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，只有这样才能保证作图法求得△T的准确性。 六、雷诺校正 用雷诺图（温度～时间曲线），确定试验中的△T。如下图⑴所示。图中ab段表示实验前期，b点相当于开始加热点；bc段相当于反应期；cd段则为后期。由于量热计与周围环境有热量交换，所以曲线ab和索                                                                                                                              cd常常发生倾斜，在实验中所测量的温度变化值△T实际上是按如下方法确定：取b点所对应的温度T1，c点所对应的温度为T2，其平均温度（T1+ T2）/2为T，经过T点作横作标的平行线TO与曲线abcd相交于O点，然后通过O点作垂线AB，垂线与ab线和cd线的延长线分别交于E、F两点，则E、F两点所表示的温度差即为所求的温度变化值△T。图中EE／表示环境辐射进来的热量所造成的温度升高，这部分并分应当扣除的；而FF/表示量热计向环境辐射出的热量所造成的温度降低，这部分是应当加入的。经过上述温度校正所得的温度差EF表示了由于样品发生反应，使量热计温度升高的数值。 如果量热计绝热性较好，则反应期的温度并不下降，在这种情况下的△T仍然按着上述方法进行校正如图（2）所示。