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关于中和热测定实验的问题讨论

中学化学里一般使用简易量热器(图1)粗略地测定强酸、强碱发生中和反应时的热效应,关于教科书给出的药品(种类、浓度、体积)选择、实验操作要点,学生存有一些疑问。

关于中和热测定实验的问题讨论

1、计算中和热过程中,采取了那么多的近似,如认为混合溶液的密度为1g·cm-3、溶液的比热容直接使用水的比热容[4.18J·(g·℃)-1]替代等,最终测量值会准确吗?

此实验是中和热测量的粗略定量实验,相对于实验过程中的热量散失、测量仪器(如温度计等)系统误差而言,把很稀的盐溶液密度、比热容看作与水相等所引起的误差是可以忽略不计的。

2、实验中用50mL0·5mol·L-1的盐酸与50mL0·55mol·L-1的NaOH溶液反应,为什么NaOH要过量呢?

实验过程中一定会发生热量散失,故要求测量温度变化(升高)过程的时间越短越好。让NaOH过量,可以保证盐酸在短时间内被完全中和掉,因为我们计算中和热是以盐酸的物质的量为标准的。

为什么不用过量的盐酸与定量的NaOH反应呢?我们知道,NaOH溶液在空气中很容易吸收CO2,导致浓度下降,而盐酸虽然也会因为挥发(溶质HCl、溶剂H2O均挥发,对于稀盐酸来说,H2O挥发的速度比HCl还要快)导致浓度变化,但其变化幅度相对较小,短时间内不会形成较大误差.所以,此实验中通常以盐酸的浓度为标准计量摩尔反应热。

3、为什么不用挥发性小的硫酸替代盐酸?

若单纯考虑酸的挥发造成的误差,当然可以设计用硫酸替代盐酸的方案。但我们要知道,H2SO4是二元酸,它的一级电离是完全的,二级电离很微弱(即使浓度很小,如0.1mol·L-1H2SO4,发生二级电离的只有10%)。

而我们知道,物质电离的过程是要吸收热量的,所以一般并不采用硫酸进行此实验。当然,一般也不会用醋酸等弱酸进行该实验。

4、为什么要用环形玻璃棒上下搅拌,而非进行常规搅拌?

参看自组装的简易量热装置(图1),由于测量温度变化的需要,温度计是插入反应器正中的,这样就影响了常规搅拌的操作。加之,采用一种溶液“倒入”另一溶液的混合方式,刚刚倒入的瞬间,2种溶液往往容易上、下分区,故相对常规搅拌的方法,上下搅拌更容易保证酸溶液与碱溶液在短时间内充分接触、完全反应。

5、此实验通常的测量结果是数据偏小,为什么?有无可能测量数据偏大呢?

在正确的操作下,此实验测得的中和热数据一般偏小是符合实际的。因为我们做了很多忽略—反应容器、温度计、玻璃棒等仪器所吸收的热量没有计入,还有测量过程中体系散发的热量难以测量和计入,必然导致测量数据的偏小。所以说,在操作无误的情况下,该实验很难发生测量数据偏大的情况。

在较精确的实验中,除了提高装置的保温性能外,还会计量装置吸收的热量(事先测定了整套装置的质量、比热容等)。

(责任编辑:化学自习室)
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