在化学实验中,中和热测定是高频考点,也是容易出现误差的经典实验。很多人明明步骤都做对了,最终结果却和标准值57.3kJ/mol相去甚远。
一、什么是中和热?
很多人会把“中和反应放出的热”直接等同于中和热,这是第一个常见误区。准确来说,中和热的定义是:稀溶液中,强酸与强碱发生中和反应生成1mol液态水时所释放的热量。这里有三个关键限定,少一个都不成立:
必须是“稀溶液”:浓酸、浓碱稀释时本身会放热,会干扰测定结果;固体酸碱溶解也会放热,同样不能用。
必须是“强酸强碱”:弱酸、弱碱电离过程需要吸热,会导致实测放热减少,无法得到标准中和热。
必须“生成1mol水”:中和热是固定值(25℃、101kPa下为57.3kJ/mol),与酸碱用量无关,只和生成水的物质的量挂钩。
中和热是“标准条件下的专属放热值”,实验的核心目标就是通过测量温度变化,反向推算出这个固定值。
二、实操拆解:一步都不能错的实验流程
实验的核心思路是“通过温度变化算热量”,用到的核心公式是Q=mcΔt(Q为反应放热,m为溶液总质量,c为比热容,Δt为温度变化),再结合生成水的物质的量换算成中和热。具体步骤按“准备-测量-反应-记录”四步走:
1. 实验准备:器材与试剂要点
器材:简易量热计(内桶+隔热层+外壳+杯盖)、温度计、环形玻璃搅拌棒、两个量筒(50mL)。其中环形玻璃搅拌棒的作用是让反应物充分混合,保证温度均匀,不能用普通玻璃棒代替;隔热层(通常是泡沫塑料)是为了减少热量散失,这是实验成功的关键之一。
试剂:50mL 0.50mol/L盐酸、50mL 0.55mol/L氢氧化钠溶液。这里注意:NaOH浓度略高于盐酸,目的是保证盐酸完全被中和;若反过来让盐酸过量,由于NaOH易吸收空气中CO₂变质,会导致无法准确计算生成水的量。
2. 关键测量:温度记录要精准
用量筒量取50mL盐酸,倒入量热计内桶,盖好杯盖,插入温度计,稳定后记录温度(记为t₁酸)。
用另一量筒量取50mL NaOH溶液,用同一支温度计(必须先用蒸馏水冲洗干净并擦干)测量温度,记录为t₁碱。
计算反应前平均温度:t₁=(t₁酸+t₁碱)/2。这一步能减少酸碱初始温度差异带来的误差。
3. 反应操作:快、准、稳,减少热量损失
将NaOH溶液一次性快速倒入内桶(切忌缓慢倒入,避免热量提前散失),立即盖紧杯盖,用环形玻璃搅拌棒轻轻上下搅拌(不要剧烈旋转,防止液体溅出)。同时密切观察温度计变化,当温度上升到最高点时,立即记录温度(记为t₂)——这是最容易出错的步骤,很多人错过最高点导致Δt偏小。
4. 重复实验:取平均值减少偶然误差
同一条件下重复实验3次,分别计算每次的温度差Δt=t₂-t₁,剔除异常数据后取平均值,作为最终计算依据。
三、数据处理:公式应用与单位换算
为了简化计算,实验中通常近似认为:酸碱溶液的密度、比热容与水相同(密度=1g/cm³,比热容c=4.18J/(g·℃)),且忽略量热计本身吸收的热量。具体计算步骤:
计算溶液总质量m:50mL盐酸+50mL NaOH溶液≈50g+50g=100g。
计算反应放出的总热量Q:Q=mcΔt(注意单位换算:1kJ=1000J)。
计算生成水的物质的量:盐酸的物质的量=0.05L×0.50mol/L=0.025mol,由于NaOH过量,生成水的物质的量=0.025mol。
计算中和热:ΔH=-Q/0.025mol(负号表示放热)。理想情况下,结果应接近-57.3kJ/mol(实际实验中略低属于正常)。
化学学习——中和热测定
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