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化学反应热效应的测定

一、实验目的

学会测定化学反应热效应的一般原理和方法，测定锌与硫酸铜反应的热效应。

学习准确浓度溶液的配制方法。

掌握利用外推法校正温度改变值的作图方法。

二、实验原理

对一化学反应，当生成物的温度与反应物的温度相同，且在反应过程中除膨胀功以外不做其它功时，该化学反应所吸收或放出的热量，称为化学反应热效应。若反应是在恒压条件下进行的，则反应的

热效应称为恒压热效应Q以有

，且此热效应全部增加体系的焓（ΔH），所

p

ΔH=Q

p

式中ΔH为该反应的焓变。对于放热反应ΔH为负值，对于吸热

r m

反应ΔH为正值。

r m

例如，在恒压条件下，1mol锌置换硫酸铜溶液中的铜离子时，放出216.8kJ的热量，即

Zn+CuSO=ZnSO+Cu ΔH=–216.8kJ·mol-1

4 4 rm

测定化学反应热效应的基本原理是能量守恒定律，即反应所放出的热量促使反应体系温度的升高。因此，对上面的反应，其热效应与溶液的质量（m）、溶液的比热（c）和反应前后体系温度的变化（ΔT）有如下关系

Q=-(cmΔT+KΔT)

p

式中K为热量计的热容量，即热量计本身每升温1度所吸收的热量。

由溶液的密度（d）和体积（V）可得溶液的质量，即

m=dV

若上述反应以每摩尔锌置换铜离子时所放出的热量（千焦）来表示，综合以上三式，可得

ΔrHm＝Qp/n＝-1/1000n(cdv+K)ΔT （1）

式中n为V毫升溶液中的物质的量。

热量计的热容量可由如下方法求得：在热量计中首先加入温度为

T、重量为W的冷水、再加入温度为T、重量为W

的热水，二者混合

1 1 2 2

后，水温为T，则

热量计得热为q

=(T-T)K

0 1

冷水得热为 q

=(T-T)Wc水

1 1 1

热水失热为 q

=(T-T)Wc水

2 2 2

因此 q=q-q

0 2 1

综合以上四式可得热量计的热容量为

K=c

w2-(T-T)-W(T-T)/(T-T)

水 2 1 1 1 1

式中c

为水的比热。

水

若热量计本身所吸收的热量忽略不计，则（1）式可简化为

ΔH＝Qp/n＝-cdvΔT/1000n

r m

由上式可见，本实验的关键在于能否测得准确的温度值。为获得准确的温度变化ΔT，除精细观察反应时的温度变化外,还要对影响ΔT的因素进行校正。其校正的方法是：在反应过程中，每隔30秒记录一次温度，然后以温度（T）对时间（t）做图，绘制T-t曲线。

三、实验设备及材料

仪器：保温杯热量计，精密温度计，容量瓶，量筒，洗瓶，玻璃棒，移液管，分析天，台秤，秒表。

药品：硫酸铜溶液(0.200mol·L-1),锌粉

四、实验步骤

1．c(CuSO4)=0.200mol·L-1 CuSO4溶液的配制

在电子天平上称取12.484gCuSO

·5HO放入烧杯中，加入适量

4 2

的蒸馏水使其全部溶解，然后转移至250mL容量瓶中。用少量（每次约10mL）的蒸馏水将烧杯淋洗3次，将淋洗液全部倒入容量瓶中，最后加蒸馏水稀释至刻度。塞紧容量瓶瓶塞，将其反复翻转10次以上，使其中溶液充分混匀。

热量计热容量的测定

首先用台秤称量干燥的热量计（包括胶塞、温度计、搅拌棒）的重量，然后用量筒量取50mL自来水加入其中，再称重，并记录两次称量的重量。慢慢搅拌几分钟，待体系温度稳定后，记录此时的温

度读数t。

1

另准备50mL热水［约比热量计中的水高(20～25)℃］，准确

测定水的温度t

2

后，迅速倒入热量计中，盖好盖子并不断搅拌，同时

注意升至最高点后，记录此时的温度读数t。

3

锌与硫酸铜反应热效应的测定

用50mL移液管吸取100.00mL0.200mol·L-1CuSO4溶液，放入干燥的热量计中，盖好盖子，在不断搅拌的条件下，每隔20秒记录

一次温度读数，至温度稳定时温度t

。再记录5～8个温度读数。

4

用台秤称取3g锌粉，加入热量计中，迅速盖紧盖子，与此同时

开始记录时间及温度变化。在不断搅拌的条件下，每隔20秒记录一次温度读数。至温度迅速上升时，可每隔10秒记录一次温度读数。至温度升到最高点后，再记录3～4分钟的温度变化为止，该最高温

度为t。

5

五、数据记录

热量计热容量测定记录

室温： 大气压力：

测温度t:

1

t/s

t/s

0

20

40

60

---

温度/℃

测温度t:

2

t/s

t/s

0

20

40

60

---

温度/℃

测温度t:

3

t/s

t/s

0

20

40

60

---

温度/℃

锌与硫酸铜反应热