改進的熱滴定法測量酸堿中和熱

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1、改進的熱滴定法測量酸堿中和熱摘要：以鹽酸和氫氧化鈉溶液的中和反應為例探索和改進了熱滴定法（即在增加酸溶液體積的同時，減少堿溶液的體積以保持總體積不變）測量中和反應的溫度變化。溫度變化對酸的體積作圖形成有尖銳斷點的兩條直線，由其外推交叉點可知酸堿恰好反應時的最大溫度變化和酸的體積。兩條直線交叉可以準確地反推交叉點，由交叉點數(shù)據(jù)計算出的中和熱與標準中和熱很接近。這樣改進了文獻上的熱滴定法，從而避免了由曲線外推所產生的不確定性帶來的誤差?！　￡P鍵詞：熱滴定法；中和熱；直線外推法；氫氧化鈉；鹽酸　?。?005?C6629（2014）7?

2、C0059?C04中圖分類號：G633.8文獻標識碼：B　　中和熱是指在標準狀況下，酸與堿的稀溶液發(fā)生中和反應生成1mol水時的反應焓變。中學實驗“中和熱的測定”[1]是用保溫杯式簡易量熱計測量50mL、0.50mol/L的鹽酸和50mL、0.55mol/L的氫氧化鈉溶液混合時產生的最大溫度變化；在計算中近似認為酸堿溶液的密度和熱容與純水相同，并忽略實驗裝置的比熱容。這個實驗方法只重復測量一組定量的鹽酸和稍微過量的氫氧化鈉溶液反應前后的溫度變化。由于實驗過程中的熱量散失等因素使求得的中和熱比理論值要小。有人提出[2]把鹽酸和氫氧

3、化鈉溶液的濃度改為0.25M和0.27M左右，就能減少由“（1）酸、堿濃度大，電離度不能達到100%，酸堿中和時產生的熱量一部分用去補償未電離分子的離解熱；（2）濃度較大的溶液的密度、比熱跟純水相差較大”這兩個原因所造成的誤差，實驗效果較好，基本上達到了理論值?！　】茖W的定量實驗方法是把要測量的量作為因變量，影響它的因素作為自變量，通過改變自變量測得一系列的因變量。由因變量對自變量畫趨勢線，通過趨勢線預測在特定點的因變量的值。測量和計算酸堿中和熱，因變量是溫度或溫度升高值ΔT，自變量是酸或堿溶液的體積（或相對用量），這種方法被稱

4、為熱滴定法[3～5]，是國際A-Level和IB課程中的常規(guī)實驗[6～7]?！　?熱滴定法測中和熱　　熱滴定法的原理是將酸一份一份地加入到固定體積的堿溶液中（或反之），隨著酸加入量的增多，釋放的熱量越多，溫度升高；當酸過量時，產生的熱量基本不變，但溶液總體積增加，溫度開始下降（ΔT減小，但仍為正值）。做溫度對酸的體積的趨勢線，在溫度上升和下降之間產生一個尖銳的斷點，斷點前后的兩條線外推找到交叉點就是滴定終點，這一點的ΔT是酸堿恰好中和時的最大溫度變化。由交叉點的ΔT和酸的體積可以計算酸堿中和熱和未知濃度。　　文獻指出[8～10]

5、，在理想的沒有熱量損失的體系中，溫度應該呈現(xiàn)直線的上升和下降（如圖1a）：　　由于熱量散失、酸堿初始溫度不一致、溶液混合時熱量變化、機械攪拌等因素使實際測得的溫度隨時間變化不是直線，尤其是因不完全電離使反應不能按計量比進行完全時，在接近滴定終點的區(qū)域呈現(xiàn)曲線（如圖1b）[11]；對于強酸與強堿的滴定應接近直線和有明顯的斷點。文獻上[12]建議盡量使用濃度較大的酸和堿（2.0M鹽酸，1.5M氫氧化鈉），以保證溫度上升明顯，減少溫度測量的相對誤差?！　⊥ㄟ^多次學生實驗，我們發(fā)現(xiàn)按照文獻上規(guī)定的溶液濃度和方法操作，測得的溫度隨酸體積的

6、增加不是直線，而是曲線，在滴定終點前后不產生尖銳的斷點，因此外推交叉計算中和熱產生很大的誤差?！　〗涍^探索，我們在傳統(tǒng)的熱滴定法基礎上有兩個改進：一是同時改變酸和堿的體積，保持總體積不變，測量溫度變化ΔT，測得滴定終點前后的兩條直線延長交叉得到滴定終點；二是為了減少過量的酸或堿稀釋放熱。我們在嘗試用約2M的鹽酸與1.80M的氫氧化鈉反應之后，把酸和堿的濃度都減半，即1M的鹽酸與0.9M的氫氧化鈉反應。考慮到我們的方法是改變酸的體積測一系列的點，如采用文獻[13]建議的酸堿濃度0.25M，溫度的測量誤差大。本實驗測得的中和熱數(shù)據(jù)與

7、文獻上標準中和熱數(shù)據(jù)接近?！　?實驗裝置、試劑和用品　　約1.0mol?L-1HCl、0.90mol?L-1NaOH溶液（準確濃度）（兩種溶液配制之后在室溫下放置，與室溫達到熱平衡）　　量熱計：內層塑料保溫杯（150mL）用隔熱材料固定在一個大燒杯里；50mL聚四氟乙烯滴定管2支；25mL移液管1支；精密溫度計（0～50℃，最小刻度0.1℃），用鐵夾固定使溫度計水銀頭插入液面以下，但不觸及量熱計底部[14]；吸水紙　　3傳統(tǒng)的熱滴定法　　3.1實驗步驟　?。?）用移液管量取25.0mL的堿溶液放入量熱杯，測量穩(wěn)定的初始溫度?！　?/p>

8、（2）從滴定管加入約5.0mL的酸溶液到量熱杯，準確讀取滴定管讀數(shù)；旋轉量熱杯使溶液呈渦旋，迅速記錄最高溫度。　?。?）迅速加入第二份約5.0mL的酸溶液，重復（2），一份一份地加入酸直到酸的總體積為50mL?！　★@然，溫度隨著酸的體積增加是曲線而不是直線關系，