实验4中和热（焓）的测定 4.1实验目的 1.掌握中和热的测定方法。 2.通过中和热的测定，计算弱酸的解离热。 4.2实验原理 在一定的温度、压力和浓度下，1mol酸和1mol碱中和时放出的热量叫做中 和热。强酸和强碱在水溶液中几乎完全电离，热化学方程式可用离子方程式表示： Ht+OH→H2O 在足够稀释的情况下中和热几乎是相同的，在25℃时： △H中和=一57.3kJ·mol 若所用溶液相当浓，则所测得的中和热值常较高。这是由于溶液相当浓时， 离子间相互作用力及其他影响的结果。若所用的酸（或碱）只是部分电离的，当其 和强碱（或强酸）发生中和反应时，其热效应是中和热和电离热的代数和。例如， 醋酸和氢氧化钠的反应，则与上述强碱、强酸的中和反应不同，因为在中和反应 之前，首先是弱酸进行解离，然后才与强碱发生中和反应，反应为： CH,COOH≌H+CH,COO △H解离 H+OH-≌H,O △H中和 总反应： CH,COOH+OHH,O+CH,COO △H 由此可见，强碱与弱酸反应包括了中和和解离两个过程。根据盖斯定律可知， △H=△H解离十△H中和。如果测得这一类反应中的热效应△H以及△H中和，就可以 通过计算求出弱酸的解离热△H解离。 本实验装置将温度温差仪、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。 24
24 实验 4 中和热(焓)的测定 4.1 实验目的 1. 掌握中和热的测定方法。 2. 通过中和热的测定，计算弱酸的解离热。 4.2 实验原理 在一定的温度、压力和浓度下，1mol 酸和 1mol 碱中和时放出的热量叫做中 和热。强酸和强碱在水溶液中几乎完全电离，热化学方程式可用离子方程式表示： H+ + OH— → H2O 在足够稀释的情况下中和热几乎是相同的，在 25℃时： ΔH 中和 = －57.3kJ·mol-1 若所用溶液相当浓，则所测得的中和热值常较高。这是由于溶液相当浓时， 离子间相互作用力及其他影响的结果。若所用的酸(或碱)只是部分电离的，当其 和强碱(或强酸)发生中和反应时，其热效应是中和热和电离热的代数和。例如， 醋酸和氢氧化钠的反应，则与上述强碱、强酸的中和反应不同，因为在中和反应 之前，首先是弱酸进行解离，然后才与强碱发生中和反应，反应为： + 3 3 + 2 CH COOH H +CH COO H +OH H O H H — 解离 — 中和 —————————————————————————————— 总反应： CH COOH+OH H O+CH COO 3 2 3 H — — 由此可见，强碱与弱酸反应包括了中和和解离两个过程。根据盖斯定律可知， ΔH＝ΔH 解离+ΔH 中和。如果测得这一类反应中的热效应Δ以及Δ中和，就可以 通过计算求出弱酸的解离热Δ解离。 本实验装置将温度温差仪、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
传感器 玻璃棒 碱储液管 加热丝 量热杯 搅拌磁珠 量热杯 4.3仪器药品 SWC-ZH中和热（焓）测定装置； 存碱管（可由一短嘴移液管做成下端用凡士林涂封）：50l移液管 Imol-dm3HC1溶液；1 mol-dm3NaOH溶液；1 mol-dm3CH3COOH溶液 4.4实验步骤 1.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+”、 ”,“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，预热十分钟。 3.将量热杯放到反应器的固定架上。 4.4.1热量计常数K的测定 1)用布擦净量热杯，量取500l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。 25
25 量热杯 4.3 仪器药品 SWC-ZH 中和热（焓）测定装置； 存碱管（可由一短嘴移液管做成下端用凡士林涂封）； 50ml 移液管 1mol·dm-3 HCl 溶液； 1mol·dm-3 NaOH 溶液；1mol·dm-3CH3COOH 溶液 4.4 实验步骤 1.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，预热十分钟。 3. 将量热杯放到反应器的固定架上。 4.4.1 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△T。(用雷诺校正法确定)。 4.42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50ml1 mol-dm3的HC1溶液。再取50ml1 mol-dm3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。 4.4.3醋酸解离热的测定 用1 mol-dm3CH3COOH溶液代替HC1溶液，重复上述2操作，求出△T3。 4.5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-dm3NaOH、HCl和Hac溶液应准确配制，必要时可进行标 定。 3.实验所求的△H中和和△Hm均为一摩尔反应的中和热，因此当HCI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△T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。 26
26 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)。 4.4.2 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。 4.4.3 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。 4.5 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
4.6实验数据与处理 1.量热计常数K的计算 (1)由实验可知，通电所产生的热量使量热计温度上升，由焦耳一楞次定律可 得： ⊙=YIτ=K△T1 (1) 式中：⊙为通电所产生的热量(：I为电流强度(A);Y为电压(V);t为通电时间 (S:△T1为通电使温度升高的数值（℃）：K为量热计常数，其物理意义是使量热 计每升高1℃所需之热量。它是由杜瓦瓶以及其中仪器和试剂的质量和比热所决 定的。当使用某一固定量热计时，K为常数。由(1)式可得： k=Uh KJ/mol (2) △T 将△T代入上式，求出量热计常数K。 (2)本实验也可采用化学反应标定量热计量热计常数K,即在相同的条件下将 盐酸和氢氧化钠水溶液在量热计中反应，测得反应前后量热计的温差△T2后， 利用其已知的中和反应热（△H中和=一57111.6+209.2(t-25)J·mo厂1，t为中 和反应终了温度，摄氏)求出量热计常数K K=1 C.V ·△H中和 (3) △T,1000 2.两种中和过程热效应△H中和和△H的计算 强碱与强酸反应的摩尔热效应△H中和可用下式计算： △Hpe-KALx100K/hmol CV (4) 强碱与弱酸反应的摩尔热效应△H可用下式计算： AH=AH离+△H中和= -KAT CV ×1000KJ/mol (5) 式中：X为溶液的浓度；V为溶液的体积(L)方；△T2、△T3为体系的温度升高值。 3.解离热△H解离的计算 利用盖斯定理求出弱酸分子的摩尔解离热△H解离，即： △H解离=△H一△H中和 27
27 4.6 实验数据与处理 1.量热计常数的计算 （1）由实验可知，通电所产生的热量使量热计温度上升，由焦耳－楞次定律可 得： = = Δ (1) 式中：为通电所产生的热量(J)；为电流强度(A) ; 为电压(V) ; t 为通电时间 (s)；Δ为通电使温度升高的数值(℃)；为量热计常数，其物理意义是使量热 计每升高 1℃所需之热量。它是由杜瓦瓶以及其中仪器和试剂的质量和比热所决 定的。当使用某一固定量热计时，为常数。由(1)式可得： 1 UIt K T = J/mol (2) 将Δ1 代入上式，求出量热计常数。 （2）本实验也可采用化学反应标定量热计量热计常数，即在相同的条件下将 盐酸和氢氧化钠水溶液在量热计中反应，测得反应前后量热计的温差ΔT2 后， 利用其已知的中和反应热（ΔH 中和 = －57111.6 + 209.2 (t-25) J·mol—1，t 为中 和反应终了温度，摄氏）求出量热计常数 2 1 . 1000 C V K H T = 中和 (3) 2. 两种中和过程热效应ΔH 中和和ΔH 的计算 强碱与强酸反应的摩尔热效应ΔH 中和可用下式计算： 2 1000 K T H CV − = 中和 J/mol (4) 强碱与弱酸反应的摩尔热效应ΔH 可用下式计算： 3 1000 K T H H H CV − = + = 解离 中和 J/mol (5) 式中：为溶液的浓度；V 为溶液的体积(mL); Δ 、Δ为体系的温度升高值。 3. 解离热ΔH 解离的计算 利用盖斯定理求出弱酸分子的摩尔解离热ΔH 解离，即： ΔH 解离 =ΔH—ΔH 中和
【附录】 雷诺校正 用雷诺图（温度~时间曲线），确定试验中的△T。如下图I)所示。图中b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T,c点 所对应的温度为T2,其平均温度(T+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F℉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。 温度 温度 T2 T2 E 7 E b 时间 时间 图(1) 图(2) 28
28 【附录】 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