實驗 化學反應焓變的測定

1、實驗實驗 化學反應焓變的測定化學反應焓變的測定(1) 了解化學反應焓變的測定原理，學會焓變的測定方法；了解化學反應焓變的測定原理，學會焓變的測定方法； (2) 熟練掌握精密溫度計的正確使用。熟練掌握精密溫度計的正確使用。 1 實驗目的實驗目的2 實驗原理 化學反應通常是在等壓條件下進行的，此時，化學反應的熱效應叫做等壓熱效應 Q p 。在化學熱力學中，則是用反應體系焓 H 的變化量 H 來表示，簡稱為焓變。為了有一個比較的統(tǒng)一標準，通常規(guī)定 100kPa 為標準態(tài)壓力，記為 p 。把體系中各固體、液體物質(zhì)處于 p 下的純物質(zhì)，氣體則在 p 下表現(xiàn)出理想氣體性質(zhì)的純氣體狀態(tài)稱為熱力學標準態(tài)。在標

2、準狀態(tài)下化學反應的焓變稱為化學反應的標準焓變，用 r H 表示，下標“ r ”表示一般的化學反應，上標“ ”表示標準狀態(tài)。在實際工作中，許多重要的數(shù)據(jù)都是在 298.15K 下測定的，通常用 298.15K 下的化學反應的焓變，記為r Hm(298.15K) 。 2實驗原理 測定固體物質(zhì)鋅粉和硫酸銅溶液中的銅離子發(fā)生置換反應的化學反應焓變： Zn(s)+CuSO 4 (aq)=ZnSO 4 (aq)+Cu(s) r Hm (298.15K)= - 217kJ mol -1 3反應熱的測量 測定化學反應熱效應的儀器稱為量熱計。對于一般溶液反應的摩爾焓變，可用圖 所示的“保溫杯式”量熱計來測定。3

3、反應熱的測量 在實驗中，若忽略量熱計的熱容，則可根據(jù)已知溶液的比熱容、溶液的密度、濃度、實驗中所取溶液的體積和反應過程中 ( 反應前和反應后 ) 溶液的溫度變化，求得上述化學反應的摩爾焓變。其計算公式如下： r Hm= -T * C * * V * (1 / ) * (1/1000) kJ/mol4實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容 用用 50 cm 3 移液管準確移取移液管準確移取 200.00 cm 3 的的0.200mol .dm -3 CuSO 4 溶液注入已經(jīng)洗凈，擦干的量熱計中，蓋緊蓋子，在溶液注入已經(jīng)洗凈，擦干的量熱計中，蓋緊蓋子，在蓋子中央插有一支最小刻度為蓋子中央插有一支最小刻度為 0.1 的

4、精密溫度計。的精密溫度計。 雙手扶正，握穩(wěn)量熱計的外殼，不斷搖動或旋轉(zhuǎn)攪拌子雙手扶正，握穩(wěn)量熱計的外殼，不斷搖動或旋轉(zhuǎn)攪拌子 ( 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速一般為一般為 200300r min -1 ) ，每隔，每隔 0.5min 記錄一次溫度數(shù)值，記錄一次溫度數(shù)值，直至量熱計內(nèi)直至量熱計內(nèi) CuSO 4 溶液與量熱計溫度達到平衡且溫度計溶液與量熱計溫度達到平衡且溫度計指示的數(shù)值保持不變?yōu)橹怪甘镜臄?shù)值保持不變?yōu)橹?( 一般約需一般約需 3min) 。 用臺天平稱取用臺天平稱取 Zn 粉粉 3.5g 。啟開量熱計的蓋子，迅速向。啟開量熱計的蓋子，迅速向 CuSO 4 溶液中加入稱量好的溶液中加入稱量好的 Zn 粉

5、粉 3.5g ，立即蓋緊量熱計，立即蓋緊量熱計蓋子，不斷搖動量熱計或旋轉(zhuǎn)攪拌子，同時每隔蓋子，不斷搖動量熱計或旋轉(zhuǎn)攪拌子，同時每隔 0.5min 記錄記錄一次溫度數(shù)值，一直到溫度上升至最高位置，仍繼續(xù)進行測定一次溫度數(shù)值，一直到溫度上升至最高位置，仍繼續(xù)進行測定直到溫度下降或不變后，再測定記錄直到溫度下降或不變后，再測定記錄 3min ，測定方可終止。，測定方可終止。 5實驗數(shù)據(jù)的記錄與處理 (1) 反應時間與溫度的變化 ( 每 0.5min 記錄一次 ) 室溫 t= CuSO4溶液的濃度 c(CuSO 4 )= mol/L CuSO4溶液的密度(CuSO 4 )= g/L CuSO4溶液的比

6、熱容 c=4.18Jg-1K-1 (2) 作圖求 T 由于量熱計并非嚴格絕熱，在實驗時間內(nèi)，量熱計不可避 (3) 實驗誤差的計算及誤差產(chǎn)生原因的分析 求出反應的焓變求出反應的焓變(重要重要) 誤差的計算 誤差產(chǎn)生原因的分析6 思考題 (1) 為什么本實驗所用的 CuSO 4 溶液的濃度和體積必須準確，而實驗中所用的 Zn 粉則用臺天平稱量？ (2) 在計算化學反應焓變時，溫度變化 T 的數(shù)值，為什么不采用反應前 (CuSO 4 溶液與 Zn 粉混合前 ) 的平衡溫度值與反應后 (CuSO 4 溶液與 Zn 粉混合 ) 的最高溫度值之差，而必須采用 t-T 曲線外推法得到的 T 值？ (3) 本

7、實驗中對所用的量熱器、溫度計有什么要求？是否允許反應器內(nèi)有殘留的洗液或水？為什么？ 實驗實驗 氧化還原與電化學氧化還原與電化學 (1) 加深對原電池、電極電勢的理解；加深對原電池、電極電勢的理解； (2) 應用電極電勢判斷物質(zhì)氧化還原能力的相對強弱；應用電極電勢判斷物質(zhì)氧化還原能力的相對強弱； (3) 了解測定原電池電動勢和電對電極電勢的方法及影響電了解測定原電池電動勢和電對電極電勢的方法及影響電極電勢的因素；極電勢的因素； (4) 了解金屬腐蝕的基本原理及一般防止金屬腐蝕的方法。了解金屬腐蝕的基本原理及一般防止金屬腐蝕的方法。 1 實驗目的實驗目的2 實驗原理 電極電勢的相對大小相對大小可以

8、定量地衡量氧化態(tài)或還原態(tài)物質(zhì)在水溶液中的氧化或還原能力的相對強弱。電對的電極電勢代數(shù)值越大，氧化態(tài)物質(zhì)的氧化能力越強，對應的還原態(tài)物質(zhì)的還原能力越弱；反之亦然。 水溶液中自發(fā)進行的氧化還原反應的方向可由電極電勢數(shù)值加以判斷。在自發(fā)進行的氧化還原反應中，氧化劑電對的電極電勢代數(shù)值應大于還原劑電對的電極電勢代數(shù)值。 2實驗原理Nernst 方程式反映了電極反應中離子濃度與電極電勢的關(guān)系： baROROROnFRTEEln)/()/(3實驗內(nèi)容 (1) 應用電極電勢比較氧化劑或還原劑的相對強弱 1) 根據(jù)實驗室準備的試劑： H2SO4 (1 mol dm-3 ) ， CCl4 ( 作萃取劑 ) ，

9、KBr(0.1 mol dm-3 ) ， KI(0.1 mol dm-3 ) ， FeCl3 (0.1mol dm-3 ) ， KMnO 4 (0.1 mol dm-3 ) 。設(shè)計實驗證明 I - 的還原能力大于 Br - 的還原能力。 2) 根據(jù)實驗室準備的試劑： I2 H2O ， Br2 H2O ， CCl4 ， FeSO4 (0.1 mol dm -3 ) ， SnCl2 (0.1 mol dm -3 ) 。設(shè)計實驗證明 Br2 的氧化能力大于 I2 的氧化能力。 寫出以上反應的現(xiàn)象及有關(guān)反應式，并總結(jié)氧化劑、還原劑的強弱與 E ( 電極 ) 的關(guān)系。 選擇合適的氧化劑和還原劑 例：有一

10、含有例：有一含有Cl - - 、Br - - 、I - -的混合溶液，欲使的混合溶液，欲使I - -氧化為氧化為I2，而，而Br - -和和Cl - -不發(fā)生變化不發(fā)生變化. 在常用的氧化劑在常用的氧化劑 H2O2、Fe2(SO4)3 和和 KMnO4中選擇哪中選擇哪一種合適？一種合適？標準電極電勢表得：標準電極電勢表得：V77. 1V51. 1V36. 1V07. 1V771. 0V535. 0O/HOHMnMnO/ClCl/BrBrFe3FeI /I2222422-22EEEEEE合適選擇因此和卻小于大比342/ClCl/BrBrI /IFe3Fe)SO(Fe,22-22EEEE3實驗內(nèi)容

11、 (3) 原電池原電池 取取 2 只只 50cm 3 燒杯，往一只燒杯中加入燒杯，往一只燒杯中加入 30 cm 3 ZnSO4 溶液，插入連有銅導線的鋅片，往另一只燒杯溶液，插入連有銅導線的鋅片，往另一只燒杯中加入中加入 30 cm 3 CuSO4 溶液，插入連有銅導線的銅片，溶液，插入連有銅導線的銅片，用鹽橋把用鹽橋把 2 只燒杯中的溶液連通，即組成了原電池。只燒杯中的溶液連通，即組成了原電池。 取一張濾紙放在表面皿上并以取一張濾紙放在表面皿上并以 NaCl 溶液潤之，再加入溶液潤之，再加入 1 滴酚酞指示劑。將上述原電池兩極上的銅導線的兩端滴酚酞指示劑。將上述原電池兩極上的銅導線的兩端隔開

12、一段距離并均與濾紙接觸隔開一段距離并均與濾紙接觸 ( 如圖如圖 3.7.1 所示所示 ) 。數(shù)。數(shù)分鐘后，觀察濾紙上導線接觸點附近顏色的變化。分鐘后，觀察濾紙上導線接觸點附近顏色的變化。 試寫出電解池兩電極上的反應，并說明導線接觸點附近顏色變化的原因。 3實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容 (4) 原電池電動勢的測定原電池電動勢的測定 按下列所示裝置原電池： Zn|ZnSO4 (0.1000mol dm -3 ) CuSO4 (0.1000 mol dm -3 )|Cu 用酸度計測定其電動勢，共測兩次，分別記錄數(shù)據(jù)，取其平均值為 Cu-Zn 原電池的電動勢值。 3實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容(5) 電極電勢的測定及影響電極

13、電勢的因素電極電勢的測定及影響電極電勢的因素 1) Zn2+ /Zn 電極電勢的測定電極電勢的測定 按下列所示裝置原電池：按下列所示裝置原電池： Zn|ZnSO4 (0.1000mol dm -3 ) 飽和飽和 KCl |Hg2Cl2 (s)|Hg(Pt) 即將即將 Zn 片和甘汞電極插入片和甘汞電極插入 ZnSO 4 (0.1000 mol dm -3 ) 溶液中，組成一個溶液中，組成一個 Zn-Hg 原電池，測其電動勢，記錄測定的數(shù)值及實驗時的室溫原電池，測其電動勢，記錄測定的數(shù)值及實驗時的室溫 t ，然后計算，然后計算 Zn 2+ /Zn 的電極電勢。的電極電勢。 飽和甘汞電極的電極電勢

14、：飽和甘汞電極的電極電勢： E 甘汞甘汞 =0.2410V-0.00065(t-25)V 2) Cu2+ /Cu 電極電勢的測定電極電勢的測定 按下列所示裝置原電池：按下列所示裝置原電池： (Pt)Hg|Hg2Cl2 (s)|KCl( 飽和飽和 ) Cu2+ (0.1000 mol dm -3 )|Cu 即將即將 Cu 片和甘汞電極插入片和甘汞電極插入 CuSO4 (0.1000 mol dm -3 ) 溶液中，組成一個溶液中，組成一個 Hg-Cu 原電池，測其電動勢，記錄測定的數(shù)值及實驗時的室溫原電池，測其電動勢，記錄測定的數(shù)值及實驗時的室溫 t ，然后計算，然后計算 Cu 2+ /Cu 的

15、電極電勢。的電極電勢。 3) 濃度對電極電勢的影響濃度對電極電勢的影響 取出甘汞電極，在取出甘汞電極，在 CuSO4 溶液中緩緩倒入溶液中緩緩倒入 NH3 H2O(6 mol dm -3 ) ，并不斷，并不斷攪拌至生成沉淀又溶解攪拌至生成沉淀又溶解 ( 即生成深藍色溶液：即生成深藍色溶液： Cu2+ +4NH3 =Cu(NH3 )4 2+ ) 為為止。測量此時的電動勢，并計算此時止。測量此時的電動勢，并計算此時 Cu2+ /Cu 的電極電勢。的電極電勢。 3實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容(6) 金屬腐蝕與防護 1) 腐蝕原電池的形成 取純鋅一小塊，放入裝有 23cm 3 0.1 mol dm -3 HCl

16、溶液的試管中，觀察現(xiàn)象。再取一根銅絲插入試管內(nèi)與鋅塊接觸，觀察現(xiàn)象 ( 注意氣泡發(fā)生的地方 ) 。寫出反應式并加以解釋。 2) 差異充氣腐蝕 向用砂紙磨光的鐵片上滴 12 滴自己配制的溶液 (1cm 3 NaCl+2 滴 K 2 Fe(CN) 6 +2 滴 1% 酚酞溶液 ) ，觀察現(xiàn)象，靜置約 35min 后再仔細觀察液滴不同部位所產(chǎn)生的顏色，為什么？寫出有關(guān)反應式。 3) 金屬腐蝕的防護 緩蝕劑法：在 2 支試管中各加入 2cm 3 HCl 溶液，并各加入 2 滴 K 3 Fe(CN) 6 溶液，再向其中一試管中加入 10 滴六次甲基四胺，另一試管中加入 10 滴水 ( 使兩試管中 HCl 濃度相同 ) 。選表面積約相等的兩枚小鐵釘，用水洗凈后同時投入上述兩試管中，靜置一段時間后觀察現(xiàn)象，并比較兩試管中藍色出現(xiàn)的快慢與深淺。 陰極保護法：將一條濾