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中和反应反应热的测定是中学三大定量实验之一,此定量实验要求精度高,本文以“知其然”到知其“所以然”为出发点,细化相关环节,在简陋装置和操作上提高精度。

一、掌握实验原理

H+aq+OHaq= H2Ol

1          H

                               n(H2O)   Q=cm(终止温度—起始温度)

ΔH=

细说:Q:中和反应放出的热量  m:反应混合液的质量 c:反应混合液的比热容,c=4.18 J/g·℃)或c=4.18 KJ/Kg·℃)。

二、确定测定数值

依据Q=VρVρ)·c·(终止温度—起始温度),实验需测量数据①已知浓度稀酸和稀碱的体积;②起始酸碱溶液温度和反应后混合溶液最高温度。

细说:由于是稀溶液,酸、碱溶液的密度近似处理为1 g/cm3;通过酸或碱的量可以计算出生成水的物质的量;

三、选择实验用品

药品:0.50 mol/L一元酸(盐酸)、0.55 mol/L一元碱(NaOH溶液)

细说为了保证0.50 mol/L的盐酸完全被NaOH中和,采用0.55 mol/L NaOH溶液,使碱稍稍过量。“不宜”使盐酸过量,原因是稀盐酸比较稳定,取50mL0.50mol·L-1HCl,它的物质的量就是0.025mol,而NaOH溶液极易吸收空气中的CO2,如果恰好取50mL0.50mol·L-1NaOH,就很难保证有0.025molNaOH参与反应去中和0.025molHCl

测定中和热的酸碱的浓度大小范围以在0.10mol·L-11.0mol·L-1之间为宜,若强酸强碱溶液的浓度太大,使总过程放热,测得的热值偏高。若酸碱溶液的浓度太小,中和反应放出的热太少,温度变化不大,不易测出。

用量:体积均为50 mL

细说:Qn(H2O)两者呈正比关系,H与酸碱的用量无关。若为了确保NaOH稍稍过量, “量取51mL(52mL)0.50mol·L-1NaOH溶液”,只是(VρVρ)再不是100g,而是101g102g

仪器:两个烧杯(一大500 mL一小100 mL)、两个量筒(50 mL)、两种材料(碎泡沫塑料,泡沫塑料板)、一个环形玻璃搅拌棒、一个温度计。

细说:由于制造精确度,用两个温度计测同一溶液时温度可能不同,采用一个温度计。

环形玻璃棒,上下移动搅拌的面积大、范围广,使溶液混合均匀 ,反应充分,同时防止把塑料泡沫板提起 不可把环形玻璃棒移出混合液的液面。若振荡混合液,一定会有部分混合液附着在烧杯壁,这样散失的热量会使中和热的测定值偏低。

不能用环形铜丝搅拌棒代替,因为铜丝易导热,使实验过程中热量损失较大。

四、搭建实验装置

细说:两杯口相平,可使盖板把杯口尽量盖严,从而减少热量损失;填碎纸条的作用是为了达到保温、隔热、减少实验过程中热量损失的目的。

若换用隔热、密封性能更好的装置(如保温杯)会使实验结果更准确。

当室温低于10℃时进行,反应体系向环境散热比较快,热量损失大,结果偏低。

五、了解实验流程

1.量酸测温:用一个量筒最取50 mL 0.50 mol/L盐酸,倒入小烧杯中,用温度计测量盐酸的温度并记录,把温度计上的酸用水冲洗干净。

2.量碱测温:用另一个量筒量取50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液,用温度计测量NaOH溶液的温度并记录

3.混液测温:套有盖板的温度计和环形玻璃搅拌棒放入小烧杯的盐酸中,并把量筒中的NaOH溶液一次倒入小烧杯(注意不要洒到外面)。用环形玻璃搅拌棒轻轻搅动溶液,并准确读取混合溶液的最高温度,记为终止温度。

4.重复实验:按步骤13再做三次实验。

细说:温度计上的酸需用水冲洗干净,是原因该温度计还要用来测碱液的温度,若不冲洗,温度计上的酸会和碱发生中和反应而使热量散失;冲洗后的溶液不能倒入小烧杯,若倒入,会使总溶液的质量增加,而导致实验结果误差。

酸、碱混合时要把量筒中的NaOH溶液,一次倒入小烧杯而不能缓缓倒入,若动作迟缓,将会使热量损失而使误差增大。

重复进行三次实验的目的,多次测量求平均值可以减少实验误差。

多次测量求平均值可以减少实验误差

六、熟悉数据处理

1.求温差: 四组数据中温度差分别为3.3℃、4.1℃、3.2℃、3.1℃,第三组数据偏差过大剔除,求得温度差平均值3.2℃。

2.求反应混合液的质量:m =VρVρ        V=V=50 mL      ρ=ρ=1 g/cm3

m =50 mL×1 g/cm3+50 mL×1 g/cm3=100 g=0.1 Kg

3.求水的物质的量:碱过量用酸计算,n(H2O)= 0.50 mol/L ×0.050L=0.025mol

4.代入求解:

细说:从实验原理出发,从装置、试剂、操作三个角度分析数据误差,如①保温隔热不到位,致使实验过程中热量损失而导致误差;②50 mL 0.50 mol/L的盐酸改为50 mL 0.50 mol/L醋酸,因为醋酸为弱电解质,其电离时要吸热,故将使测得结果偏小;③量取溶液的体积有误差;温度计的读数有误;测了酸后的温度计未用水清洗而便立即去测碱的温度,致使热量损失而引起误差;实验过程中有液体洒在外面;混合酸、碱溶液时,动作缓慢,导致实验误差。

 

    
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