實驗測定中和熱

2022-11-28 06:45:04 字數 2960 閱讀 2025

實驗目的

測定強酸、強鹼反應的中和熱。

實驗用品

大燒杯(500 ml)、小燒杯(100 ml)、溫度計、量筒(50 ml)兩個、泡沫塑料或紙條、泡沫塑料板或硬紙板(中心有兩個小孔)、環形玻璃攪拌棒。0.50 mol/l 鹽酸、0.

55 mol/l naoh溶液。

實驗原理

q=mcδt ①

q:中和反應放出的熱量。

m:反應混合液的質量。

c:反應混合液的比熱容。

δt:反應前後溶液溫度的差值。(m的質量為所用酸、鹼的質量和,測出參加反應的酸、鹼質量相加即可;c需要查閱,δt可用溫度計測出反應前後的溫度相減得到。

酸、鹼反應時,我們用的是它的稀溶液,它們的質量可通過量出它們的體積,再乘以它們的密度得到)

因此,上述計算q的式子可表示為

q=(v酸ρ酸+v鹼ρ鹼)·c·(t2-t1) ②

本實驗中,我們所用一元酸、一元鹼的體積均為50 ml,它們的濃度分別為0.50 mol/l和0.55 mol/l。

由於是稀溶液,且為了計算簡便,我們近似地認為,所用酸、鹼溶液的密度均為1 g/cm3,且中和後所得溶液的比熱容為 4.18 j/(g·℃)

v酸=v鹼=50 ml。

c酸=0.50 mol/l,c鹼=0.55 mol/l。

ρ酸=ρ鹼=1 g/cm3

c=4.18 j/(g·℃)

把以上資料代入式②,得出q的表示式。其中熱量的單位用kj。

q=0.418(t2-t1)kj ③

注意:③式不是該反應的反應熱,因為反應熱是有正負的,中和反應放熱,故其δh為「-」。中和熱是稀的酸、鹼中和生成 1 mol水的反應熱,而50 ml 0.

50 mol/l的鹽酸與50 ml 0.55 mol/l 氫氧化鈉反應後生成的水只有0.025 mol,故③式表示的也不是中和熱。

中和熱應表示為δh= kj/mol。

實驗步驟

1.在大燒杯底部墊泡沫塑料(或紙條),使放入的小燒杯杯口與大燒杯杯口相平。然後再在大、小燒杯之間填滿碎泡沫塑料(或紙條),大燒杯上用泡沫塑料板(或硬紙板)作蓋板,在板中間開兩個小孔,正好使溫度計和環形玻璃攪拌棒通過,如下圖所示。

實驗裝置

2.用乙個量筒量取50 ml 0.50 mol/l鹽酸,倒入小燒杯中,並用溫度計測量鹽酸的溫度,記入下表。然後把溫度計上的酸用水沖洗乾淨。

3.用另乙個量筒量取50 ml 0.55 mol/l naoh溶液,並用溫度計測量naoh溶液的溫度,記入下表。

4.把溫度計和環形玻璃攪拌棒放入小燒杯的鹽酸中,並把量筒中的naoh溶液一次倒入小燒杯(注意不要灑到外面)。用環形玻璃攪拌棒輕輕攪動溶液,並準確讀取混合溶液的最高溫度,記為終止溫度,記入下表。

5.重複實驗兩次,取測量所得資料的平均值作為計算依據。

中和熱實驗中的問題

「中和熱的測定」實驗有幾個為什麼的問題需要解決。

(1)教材有注,「為了保證0.50mol·l的鹽酸完全被中和,採用0.55mol·lnaoh溶液,使鹼稍稍過量」,那可不可以用0.

50mol·lnaoh與0.55mol·lhcl,讓酸稍稍過量呢?

答案不是「可以與不可以」而是「不宜」。原因是稀鹽酸比較穩定,取50ml、0.50mol·lhcl,它的物質的量就是0.

025mol,而naoh溶液極易吸收空氣中的co2,如果恰好取50ml、0.50mol·lnaoh,就很難保證有0.025molnaoh參與反應去中和0.

025mol的hcl。

(2)為了確保naoh稍稍過量,可不可以取體積稍稍過的0.50mol·lnaoh溶液呢?

回答是可以的。比如「量取51ml(或52ml)0.50mol·lnaoh溶液」。只是(m1+m2)再不是100g,而是101g或102g。

(3)燒杯間填滿碎泡沫的作用——防止熱量散失

起始溫度「t1/℃」

關於量hcl和naoh溶液的起始溫度「t1/℃」

①不能以空氣的溫度去代替酸鹼溶液的溫度;也不能以水的溫度去代替酸鹼溶液的溫度,因為空氣、水和溶液(這裡是酸鹼)的溫度是有差別的,會明顯影響實驗結果。

②為了使naoh和hcl溶液的溫度穩定,最好是把配成的溶液過夜後使用。

③最好不求hcl和naoh兩種溶液溫度的平均值。兩者的溫度懸殊差別越大,實驗結果越是失去意義,最好是兩種溶液的溫度相同。辦法是:

用手握住燒杯使溫度低的溶液略有公升高,或用自來水使溫度高的溶液略微降溫,以達到兩種溶液溫度相同的目的。

注意,中和熱的測定最好在20℃左右的環境溫度條件下進行,不宜低於10℃以下,否則低溫環境容易散熱,會使中和熱的測定值明顯偏低。

④為什麼採用環形玻璃棒攪拌混合液,可不可以用普通玻璃棒?能不能用振盪的方法混勻溶液?

環形玻璃棒的優點在於:上下移動攪拌的面積大、範圍廣(切不可把環形玻璃棒移出混合液的液面!),混合均勻,普通玻璃棒顯然不具有這種優點。

至於振盪混合液,一定會有部分混合液附著在燒杯壁,這樣散失的熱量會使中和熱的測定值偏低。

⑤強酸與弱鹼,強鹼與弱酸的中和反應熱值如何估計?

鑑於弱酸、弱鹼在水溶液中只能部分電離,因此,當強酸與弱鹼、強鹼與弱酸發生中和反應時同時還有弱鹼和弱酸的不斷電離(吸收熱量,即電離熱)。

所以,總的熱效應比強酸強鹼中和時的熱效應值(57.3kj/mol)要小一些。

值得注意的是,有少數弱電解質(如氫氟酸)電離時會放熱,它與naoh的中和熱會大於57.3kj/mol(實為67.7kj/mol)。

⑥酸鹼的濃度該有個什麼大小範圍?太大、太小對測定值會有什麼影響?

如果強酸強鹼溶液的濃度太大,混合時由於體積增大,離子繼續擴散水合產生熱效應。離子的水合熱大於擴散熱,使總過程放熱,使得測得的熱值偏高。但是酸鹼溶液的濃度也不可太小,否則中和反應放出的熱太少,溫度變化不大,不易測出。

經驗指出,測定中和熱的酸鹼的濃度大小範圍以在0.10mol·l~1.0mol·l之間為宜。

⑦本測定有許多難以克服的概略因素:反應容器(燒杯、環形玻璃棒攪拌器)要吸收一些熱量,反應混合液的空間要散失一些熱量,以及量取溶液體積、溫度計讀數以及溫度計的精確度等都會產生一些誤差,所以本測定只能是近似測定強酸強鹼的中和熱值。

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