中和熱測定的常見問題及對策

趙軍華

摘 要： 中和熱是化學(xué)反應(yīng)中常見的一種反應(yīng)熱。本文就中和熱測定過程中經(jīng)常出現(xiàn)的問題，進(jìn)行了研究總結(jié)，并提出了相應(yīng)的解決策略，對學(xué)生加深理解中和熱的相關(guān)問題起到一定輔助幫助作用。

關(guān)鍵詞： 反應(yīng)熱 中和熱 測定原理 常見問題 解決策略

在一定溫度下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，釋放或者吸收的熱量，稱為該化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱。中和熱是化學(xué)反應(yīng)中常見的一種反應(yīng)熱。

一

稀溶液中，酸和堿反應(yīng)生成1摩液態(tài)水時(shí)的反應(yīng)熱，稱為中和熱。學(xué)生在對中和熱這一概念理解和進(jìn)行簡單計(jì)算時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)偏差，故必須讓學(xué)生明確以下幾點(diǎn)：1.必須是酸和堿的稀溶液，因?yàn)闈馑崛芤汉蜐鈮A溶液在稀釋時(shí)會(huì)放熱。2.強(qiáng)酸和強(qiáng)堿的稀溶液反應(yīng)才能保證H■（aq）+OH■（aq）=H■O（l）中和熱均為57.3kJ·mol■，而弱酸（或弱堿）在水溶液中只是部分電離，所以弱酸（或弱堿）與強(qiáng)堿（強(qiáng)酸）發(fā)生中和反應(yīng)，存在弱酸（或弱堿）的電離作用（需吸收熱量，即解離熱），總的熱效應(yīng)將比強(qiáng)酸強(qiáng)堿中和時(shí)的熱效應(yīng)的絕對值要小。即弱酸或弱堿在中和反應(yīng)中由于電離吸收熱量，其中和熱小于57.3kJ·mol■。3.以生成1mol水為基準(zhǔn)。4.反應(yīng)不能生成沉淀（如Ba（OH）■+H■SO■=BaSO■+2H■O）。5.中和熱是以生成1molH■O所放出的熱量來測定的，因此書寫它們的熱化學(xué)方程式時(shí)，應(yīng)以生成1mol水為標(biāo)準(zhǔn)來配平其余物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)。例如：KOH（aq）+1/2H■SO■（aq）=1/2K■SO■（aq）+H■O（l）ΔH=-57.3kJ/mol

中和熱測定的實(shí)驗(yàn)原理

Q=-mcΔt

Q：中和反應(yīng)放出的熱量，m：反應(yīng)混合液的質(zhì)量，c：反應(yīng)混合液的比熱，Δt：反應(yīng)前后溶液溫度的差值。

因此，計(jì)算Q的式子可表示為Q=-（V酸ρ酸+V堿ρ堿）·c·（t■-t■）

本實(shí)驗(yàn)中，我們所用一元酸、一元堿的體積均為50mL，它們的濃度分別為0.50mol/L和0.55mol/L。由于是稀溶液，且為了計(jì)算簡便，我們近似地認(rèn)為，所用酸、堿溶液的密度均為1g/cm■，中和后所得溶液的比熱為4.18J/（g·℃）。

V酸=V堿=50mL

c酸=0.50mol/L

c堿=0.55mol/L

ρ酸=ρ堿=1g/cm■， c=4.18J/（g·℃）

把以上數(shù)據(jù)代入上式，得出Q的表示式。其中熱量的單位用kJ。

Q=-0.418（t■-t■）kJ

中和熱是稀的酸、堿中和生成1mol水時(shí)的反應(yīng)熱，而50mL0.50mol/L的鹽酸與50mL0.55mol/L氫氧化鈉反應(yīng)后生成的水只有0.025mol，故以上所求得的不是中和熱。中和熱應(yīng)表示為ΔH=Q/n（kJ/mol）。

二

為了提高中和熱測定的準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)特別注意以下幾個(gè)方面。

1.作為量熱器的儀器裝置，其保溫隔熱的效果一定要好。因此，可以用保溫杯來做，也可用塊狀聚苯乙烯泡沫塑料制成與小燒杯外徑相近的絕熱外套來做，以保證實(shí)驗(yàn)時(shí)的保溫隔熱效果。若按教材中的方法做，就一定要使大小燒杯杯口相平，這樣可減少熱量損失。否則會(huì)導(dǎo)致所測中和熱的數(shù)值出現(xiàn)偏差（偏低）。

2.鹽酸和NaOH溶液濃度的配制須準(zhǔn)確，且NaOH溶液的濃度須稍大于鹽酸的濃度。為使測得的中和熱更準(zhǔn)確，所用鹽酸和NaOH溶液的濃度宜小不宜大，濃度宜小，也不能太小，一般要保證濃度介于0.10mol·L■～1.0mol·L■之間。如果濃度偏大，則對所測中和熱數(shù)值造成較大誤差（偏低）。

3.測定各溶液的溫度時(shí)，必須使用同一支溫度計(jì)。溫度計(jì)的水銀球部分要完全浸沒在溶液中，而且要穩(wěn)定一段時(shí)間后再讀數(shù)，以提高所測溫度的精度。測定完酸溶液的溫度后，一定要先清洗并擦干溫度計(jì)，然后測定堿溶液的溫度。否則也會(huì)導(dǎo)致測定中和熱的數(shù)值出現(xiàn)偏差（偏低）。

4.實(shí)驗(yàn)過程中必須使用攪拌器勻速攪拌，切勿使用玻璃棒或者是振蕩搖勻。

5.實(shí)驗(yàn)操作時(shí)動(dòng)作要快，以盡量減少熱量的散失。

由上可知，造成中和熱測定結(jié)果偏低的主要原因，就是測定過程中熱量出現(xiàn)了一定的散失，因此要保證測定結(jié)果的準(zhǔn)確性，務(wù)必要做好保溫工作。

中和熱測定中要用稍過量的堿而不適宜用過量的酸。具體原因是為了保證堿能夠完全被中和。H■與OH■相互接觸碰撞才能發(fā)生反應(yīng)，如果用等量的酸、堿，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，兩種溶液的濃度降低，H■與OH■相互碰撞接觸的機(jī)會(huì)就會(huì)越來越少，越來越困難，可能有一部分H■與OH■就不能反應(yīng)，而在一種微粒過量的情況下，則大大增加了另一種微粒完全反應(yīng)的機(jī)會(huì)。不宜用過量的酸，因?yàn)閴A中含有少量雜質(zhì)碳酸鈉，酸過量就會(huì)有酸與碳酸鹽反應(yīng)導(dǎo)致中和熱測定不準(zhǔn)。

本測定有許多難以克服的因素存在，所以只是近似地測定強(qiáng)酸強(qiáng)堿的中和熱值。雖然只是近似測定，但是該實(shí)驗(yàn)活動(dòng)將學(xué)生由定性描述的學(xué)習(xí)引入定量分析的學(xué)習(xí)，對今后化學(xué)反應(yīng)原理的繼續(xù)學(xué)習(xí)起到奠基作用。