氯化铵生成焓的测定

一、 实验目的

1. 学习用热量计测定物质生成焓的简单方法。

2. 加深对有关热化学知识 （盖斯定律） 的理解。

二、 实验原理

本实验用热量计分别测定NH4Cl（s）的溶解热和NH3（aq）与HCl（aq）反应的中和热，再利用NH3（aq）和HCl（aq）的标准摩尔生成焓数据，通过盖斯定律计算NH4Cl（s）的标准摩尔生成焓。

热量计是用来测定反应热的装置。 本实验采用保温杯式简易量热计测定反应热。 化学反应在热量计中进行时， 放出 （或吸收） 的热量会引起热量计和反应物质的温度升高 （或降低）。

式中，——中和热，J／mol；

——溶解热，J／mol；

m——物质的质量， g；

c——物质的比热容，J·g－1·K－1；

ΔT——反应终了温度与起始温度之差， K；

cp——热量计的热容，J·K－1；

n——反应物质的摩尔数， mol。

由于反应后的温度需要一段时间才能升到最高值， 而实验所用简易热量计不是严格的绝热系统， 因此， 在这段时间热量计不可避免地会与周围环境发生热交换。 为了校正由此带来的温度偏差， 需用图解法 （如图2.2所示） 确定系统温度变化的最大值， 即以测得的温度为纵坐标、 时间为横坐标绘图， 按虚线外推到开始混合的时间 （t＝0）， 求出温度变化最大值 （ΔT）。 这个外推的ΔT值能较客观地反映出由反应热所引起的真实温度变化。

图2.2 燃烧热测定数据的图解法处理示意图

热量计的热容是使热量计温度升高1K所需要的热量。 确定热量计热容的方法是： 在热量计中加入一定质量m（如50g）、温度为T1的冷水，再加入相同质量的温度为T2的热水，测定混合后水的最高温度T3。已知水的比热容为4.184J·g－1·K－1，设热量计的热容为cp，则

热水失热＝4.184m（T2→T3）

冷水得热＝4.184m（T3→T1）

量热计得热＝cp（T3→T1）

热水失热＝冷水得热＋量热计得热

cp＝4.184m［（T2→T3）－（T3→T1）］／（T3－T1）

三、 仪器、 药品及材料

仪器： 保温杯、1／10℃温度计、 台秤、 秒表、 烧杯 （100m L）、 量筒 （100m L）。

药品：HCl溶液（1.5mol·L－1）、NH3H2O溶液（1.5mol·L－1）、NH4Cl（s）。

四、 实验内容

1. 量热计热容的测定

1） 用量筒量取50.0m L去离子水， 倒入量热计中， 盖好后适当摇动， 待系统达到热平衡后（5～10min），记录温度T1（精确到0.1℃）。

2） 在100m L烧杯中加入50.0m L去离子水，加热到高于T130℃左右，静置1～2min；待热水系统温度均匀时，迅速测量温度T2（精确到0.1℃），尽快将热水倒入热量计中， 盖好后不断地摇荡保温杯， 并立即计时和记录水温； 每隔30s记录一次温度， 直至温度上升到最高点， 再继续测定3min。

将上述实验重复一次， 取两次实验所得结果， 作温度－时间图， 用外推法求最高温度T3，并计算热量计热容Cp的平均值。

2. 盐酸与氨水的中和热及氯化铵溶解热的测定

1） 用量筒量取50.0m L的1.5mol·L－1HCl溶液，倒入烧杯中备用；洗净量筒，再量取50.0m L的1.5mol·L－1NH3·H2O，倒入热量计中，在酸碱混合前，先记录氨水的温度5min （间隔30s， 温度精确到0.1℃， 以下相同）； 将烧杯中的盐酸加入热量计， 立刻盖上保温杯顶盖， 测量并记录温度－时间数据， 并不断地摇荡保温杯， 直至温度上升到最高点，再继续测量3min； 依据温度－时间数据作图， 用外推法求ΔT。

2） 称取4.0g NH4Cl（s）备用，量取100m L去离子水，倒入热量计中，测量并记录水温5min；然后加入NH4Cl（s）并立刻盖上保温杯顶盖，测量温度－时间数据，不断地摇荡保温杯， 促使固体溶解， 直至温度下降到最低点， 再继续测量3 min； 最后作图， 用外推法求ΔT。

简而言之， 需要做以下三项操作：

①分别列表记录有关实验的时间－温度数据。

②作温度－时间图， 用外推法求ΔT。

③计算量热计热容量、中和热、溶解热和NH4Cl（s）生成热。

五、 数据记录与处理

1. 中和焓的测定数据表 （表2.4）

表2.4 数据记录

2. 溶解焓的测定 （表2.5）

表2.5 数据记录

3. 数据处理

实验中的NH4Cl溶液浓度很小，作为近似处理可以假定：①溶液的体积为100m L；②中和反应热只能使水和热量计的温度升高；③NH4Cl（s）溶解时吸热，只能使水和热量计的温度下降。

由相应的温差（ΔT） 和水的质量（m）、比热容（c） 及热量计的热容（cp），即可分别计算出中和反应热和溶解热。

已知NH3（aq）和HCl（aq）的标准摩尔生成焓分别为－80.29k J·mol－1和－167.159k J·mol－1，根据盖斯定律计算NH4Cl（s） 的标准摩尔生成焓，并对照查得的数据计算实验误差（如操作与计算正确， 所得结果的误差可小于3％）。

六、 思考题

1. 为什么放热反应的温度－时间曲线的后半段逐渐下降， 而吸热反应则相反？

2.NH3（aq）和HCl（aq）反应的中和热和NH4Cl（s）的溶解热之差，是哪一个反应的热效应？

3. 实验产生误差的可能原因是什么？

4.如果实验中有少量HCl溶液或NH4Cl固体黏附在量热计器壁上，对实验结果产生怎样影响？