化学反应摩尔焓变的测定试验的改进.PPT

“化学反应摩尔焓变的测定” 实验的改进 李聚源 谢 娟 孟 梅 西安石油学院石油化工系 2.2 锌粉加入量的确定 锌粉的最佳加入量可以由实验结果得出，如图2所示。由反应式 Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu 可以计算出锌粉的理论反应量为1.3g。但锌粉加入量从1.3～2.8g，反应的ΔT一直升高，当锌粉加入量为2.8g（为理论量的2.15倍）时，在本实验条件下，反应温度在1分钟内迅速升高9.6℃（最高值）。这是因为多相反应中，反应物的浓度越大，分子间碰撞频率越高，反应速率也越大。到达最高值后，由于溶液中硫酸铜的物质的量固定不变，随着锌粉加入量的增加，ΔT值保持不变，因此实验选择锌粉加入量为2.9g～3.1g。 2.3 温度记录时间的确定 为了获取比较理想的反应温度随时间变化的曲线，实验表明，测定起始温度以每隔10-15s读取一次温度，较为合适；加入锌粉后至溶液升至最高温度期间，以每隔3~4 s记录一次反应温度。时间间隔过大，反应温度到达最高值时的实验点太少；时间间隔过小，又难以测准。此后按每隔20 s 一次继续读取反应温度，即可获得比较理想的反应曲线，如图3所示。 3 结果与讨论????? 3.1 量热计的热容测定 量热计的热容测定见图4。 当Vh取100mL, Vc取60mL时，实验测出Th=33.8℃、Tm=27.6℃、Tc=17.9℃，代入（1）式可得Cb=20.7J·K-1 。 3.2 反应摩尔焓变测定的精密度 表1 反应热的测定值 * * 欢迎各位领导、专家莅临指导 摘 要 本实验提出了一套改进的“化学反应摩尔焓变测定”实验的方法与仪器。改进的实验仪器选用热传导系数较小的聚甲基丙烯酸甲酯为原料制成量热计，并在盖上设计了小型加料器；采用磁力搅拌器混合溶液，以数字式温度计测温，可在两小时内完成锌粉与硫酸铜溶液反应的摩尔焓变和量热计热容的测定。获得的实验数据重现性好，温度随时间变化有较好的线性关系。十次测定结果的相对标准偏差为0.58%，所测定的摩尔焓变与理论值的相对误差为2.0%。 1 引言 “化学反应热的测定”是普通化学和无机化学课程实验教学基本要求中规定的实验内容。一般用“化学反应摩尔焓变的测定”作为实验项目[1,2,3]，即采用定量的硫酸铜溶液与过量的锌粉在保温杯中反应，以外推作图法求得反应的ΔT来计算反应的摩尔焓变。该实验的原理和方法已为大家公认，在多年来的教学实践中，大多数院校[3,4,5,6]采用一只保温杯和一支精密温度计（具有0.1℃分度）、放大镜、秒表等来完成该实验。但是大部分学生的实验结果表明，这种操作难以 获得满意的实验结果，所测定的实验数据点几乎无法外推， 反应温度随反应时间变化的关系线性较差，实验结果与理 论值的相对误差超过10%，甚至更大。作为测定实验已无 法使学生获得实验的科学性、可靠性和准确性的训练。因 此，有必要改进实验仪器及方法。针对这一问题，我们自 行设计制作了一套实验装置，通过多次试验，获得了较为 理想的实验结果。 2 实验装置的改进及实验条件方法的确定 2.1 量热计的改进 玻璃保温杯是理想的绝热系统，为了使反应充分进行，可配以磁力搅拌器。但由于玻璃保温杯底部是凹球底结构，一旦加入锌粉，迅速沉到底部的锌粉会使搅拌子无法转动，容易导致实验失败。因此，我们以热传导系数较小的聚甲基丙烯酸甲酯为材料制成平底的量热计反应杯（图1所示）。为尽量减少热损失，采用镀银及泡沫塑料包覆，使其接近绝热系统。 图1 改进的量热计 改进后的量热计采用磁力搅拌器后，两相反应能够充分进行，锌粉与硫酸铜溶液反应后溶液温度迅速升高，我们选用数字式温度计（可准确读至0.1℃，0～100℃），获得了可靠的实验数据，避免了以前用放大镜读取玻璃温度计的数值时造成很大的误差. 以往锌粉是在测定了起始反应温度后，打开瓶盖迅速加入的。为了尽量保证系统不与环境发生热交换。我们在量热计盖子上设计了小型加料器，可以在不间断测温条件下，一次性加入锌粉，减少了系统热量的损失。 图2 锌粉加入量与反应ΔT的关系 图3 反应温度随时间的关系 2.4 量热计热容的测定 量热计的热容可利用一定量的冷水和热水在量热计中混合，根据能量守恒定律，热水放出的热量等于冷水吸收的热量和量热计吸收的热量之和。即 (Th-Tm) Vh·ρ(H2O)·c(H2O)=(Tm-Tc)·{Vc·ρ(H2O)·c(H2O)+Cb} （1） 式中：T h、Tm、Tc——分别表示热水、混合后的水和冷水的温度( K)；