改進(jìn)的熱滴定法測量酸堿中和熱-論文.pdf

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1、實(shí)驗(yàn)研究改進(jìn)的熱滴定法測量酸堿中和熱陳瑞芝，申曉莉(中國人民大學(xué)附屬中學(xué)，北京100080)摘要：以鹽酸和氫氧化鈉溶液的中和反應(yīng)為例探索和改進(jìn)了熱滴定法(即在增加酸溶液體積的同時(shí)，減少堿溶液的體積以保持總體積不變)測量中和反應(yīng)的溫度變化。溫度變化對(duì)酸的體積作圖形成有尖銳斷點(diǎn)的兩條直線，由其外推交叉點(diǎn)可知酸堿恰好反應(yīng)時(shí)的最大溫度變化和酸的體積。兩條直線交叉可以準(zhǔn)確地反推交叉點(diǎn)，由交叉點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算出的中和熱與標(biāo)準(zhǔn)中和熱很接近。這樣改進(jìn)了文獻(xiàn)上的熱滴定法，從而避免了由曲線外推所產(chǎn)生的不確定性帶來的誤差。關(guān)鍵詞：熱滴定法；中和熱；直線外推法；氫氧化鈉；鹽酸文章

2、編號(hào)：1005—6629f2014)7—0059—04中圖分類號(hào)：G633．8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B中和熱是指在標(biāo)準(zhǔn)狀況下’酸與堿的稀溶液發(fā)生好中和時(shí)的最大溫度變化。由交叉點(diǎn)的AT和酸的體中和反應(yīng)生成1mol水時(shí)的反應(yīng)焓變。中學(xué)實(shí)驗(yàn)“中和積可以計(jì)算酸堿中和熱和未知濃度。熱的測定”Ⅲ是用保溫杯式簡易量熱計(jì)測量50mL、文獻(xiàn)指出[8-10]，在理想的沒有熱量損失的體系中，0．50mol／L的鹽酸和50mL、0．55mol／L的氫氧化鈉溶溫度應(yīng)該呈現(xiàn)直線的上升和下降(如圖1a)：液混合時(shí)產(chǎn)生的最大溫度變化；在計(jì)算中近似認(rèn)為酸堿溶液的密度和熱容與純水相同，并忽略實(shí)驗(yàn)

3、裝置的比熱容。這個(gè)實(shí)驗(yàn)方法只重復(fù)測量一組定量的鹽酸和稍微過量的氫氧化鈉溶液反應(yīng)前后的溫度變化。由于實(shí)驗(yàn)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(dá)到100％，酸堿中和時(shí)產(chǎn)生的熱量一a．理想的放熱反應(yīng)b．非計(jì)量比反應(yīng)f或電離吸熱)部分用去補(bǔ)償未電離分子的離解熱；(2)濃度較大的圖1熱滴定法溶液溫度隨加入試劑體積的變化溶液的密度、比熱跟純水相差較大”這兩個(gè)原因所造成由于熱量散失、酸堿初始溫度不一致、溶液混合時(shí)的誤差，實(shí)驗(yàn)效果較好，基本上

4、達(dá)到了理論值。熱量變化、機(jī)械攪拌等因素使實(shí)際測得的溫度隨時(shí)間科學(xué)的定量實(shí)驗(yàn)方法是把要測量的量作為因變量，變化不是直線，尤其是因不完全電離使反應(yīng)不能按計(jì)影響它的因素作為自變量，通過改變自變量測得一系列量比進(jìn)行完全時(shí)，在接近滴定終點(diǎn)的區(qū)域呈現(xiàn)曲線(如的因變量。由因變量對(duì)自變量畫趨勢線，通過趨勢線預(yù)圖lb)；對(duì)于強(qiáng)酸與強(qiáng)堿的滴定應(yīng)接近直線和有明測在特定點(diǎn)的因變量的值。測量和計(jì)算酸堿中和熱，因顯的斷點(diǎn)。文獻(xiàn)上建議盡量使用濃度較大的酸和堿變量是溫度或溫度升高值A(chǔ)T，自變量是酸或堿溶液的(2．0M鹽酸，1．5M氫氧化鈉)，以保證溫度上升明顯，體積(或相對(duì)用量)，

5、這種方法被稱為熱滴定法[3-51，是減少溫度測量的相對(duì)誤差。國際A-Level和IB課程中的常規(guī)實(shí)驗(yàn)。通過多次學(xué)生實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)按照文獻(xiàn)上規(guī)定的1熱滴定法測中和熱溶液濃度和方法操作，測得的溫度隨酸體積的增加不熱滴定法的原理是將酸一份一份地加入到固定體是直線，而是曲線，在滴定終點(diǎn)前后不產(chǎn)生尖銳的斷，積的堿溶液中(或反之)，隨著酸加入量的增多，釋放因此外推交叉計(jì)算中和熱產(chǎn)生很大的誤差。的熱量越多，溫度升高；當(dāng)酸過量時(shí)，產(chǎn)生的熱量基本經(jīng)過探索，我們?cè)趥鹘y(tǒng)的熱滴定法基礎(chǔ)上有兩個(gè)不變，但溶液總體積增加，溫度開始下降(△減小，但改進(jìn)：一是同時(shí)改變酸和堿的體積，保

6、掙總體積不變，仍為正值)。做溫度對(duì)酸的體積的趨勢線，在溫度上升測量溫度變化△測得滴定終點(diǎn)前后的兩條直線延長和下降之間產(chǎn)生一個(gè)尖銳的斷點(diǎn)，斷點(diǎn)前后的兩條線交叉得到滴定終點(diǎn)；二是為了減少過量的酸或堿稀釋外推找到交叉點(diǎn)就是滴定終點(diǎn)，這一點(diǎn)的△是酸堿恰放熱。我們?cè)趪L試用約2M的鹽酸與1．80M的氫氧化化學(xué)教學(xué)2014年第7期59實(shí)驗(yàn)研究鈉反應(yīng)之后，把酸和堿的濃度都減半，即1M的鹽酸與為了減少熱量損失，我們改進(jìn)以上方法，即在固定0．9M的氫氧化鈉反應(yīng)?？紤]到我們的方法是改變酸的體積的堿溶液(25．0mL)中一次性加入一定體積的酸體積測一系列的點(diǎn)，如采用文獻(xiàn)建議

7、的酸堿濃度溶液后渦旋使溶液混合，讀取最高溫度；傾倒溶液，用0．25M，溫度的測量誤差大。本實(shí)驗(yàn)測得的中和熱數(shù)據(jù)蒸餾水清洗并吸干量熱杯。重復(fù)實(shí)驗(yàn)，改變酸的體積與文獻(xiàn)上標(biāo)準(zhǔn)中和熱數(shù)據(jù)接近。(5．0～45．0mL，5．0mL等間隔)。數(shù)據(jù)記錄見表2。2實(shí)驗(yàn)裝置、試劑和用品表2溶液溫度隨酸溶液體積的變化(固定堿溶液的體積25．0mL，每次重復(fù)實(shí)驗(yàn))約1．0mol·L～HC1、0．90mol·LNaOH溶液(準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)次數(shù)0l2345確濃度)(兩種溶液配制之后在室溫下放置，與室溫達(dá)稀鹽酸的體積(mL)0．O5．010．015．020．025．0到熱平衡)初始溫度(

8、。C)l9．519．519_319-319．2l9．4量熱計(jì)：內(nèi)層塑料保溫杯(150mL)用隔熱材料固最高溫