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1、摩尔气体常数的测定理想气体状态方程式可表示为:pV = nRT上式表示一定量的理想气体的压力(p)和体积(V)的乘积与气体的物质的量(n)和绝对温度(T )的乘积之比为一常数,即气体常数(R)。
2、 R = (1)因此,对一定量的气体,若能在一定的温度和压力条件下,测出其所占体积,则气体常数即可求得。
3、本实验是采用铝与盐酸反应2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2↑所生成的氢气近似的认为在实验条件下为理想气体,再用排水集气法收集并测量其体积,从而测定出气体常数。
4、由于氢气是在水面上收集的,故氢气的分压(pH2)与水的饱和蒸气压(pH2O)有关,根据分压定律:p = p(H2)+ p(H2O)则 p(H2) = p - p(H2O)式中 p为大气压,可由气压计读出。
5、氢气的物质的量可根据锌的重量和原子量,再由反应式计算出来。
6、由于p(H2)、V(H2)、n (H2)、T均可由实验测得,这样根据(1)式即可求得气体常数。
7、二、化学反应热效应的测定对一化学反应,当生成物的温度与反应物的温度相同,且在反应过程中除膨胀功以外不做其它功时,该化学反应所吸收或放出的热量,称为化学反应热效应。
8、若反应是在恒压条件下进行的,则反应的热效应称为恒压热效应Qp,且此热效应全部增加体系的焓(ΔH),所以有ΔH = Qp 式中ΔH为该反应的焓变。
9、对于放热反应ΔrHm为负值,对于吸热反应ΔrHm为正值。
10、例如,在恒压条件下,1 mol锌置换硫酸铜溶液中的铜离子时,放出216.8 kJ的热量,即:Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu ΔrHm = – 216.8 kJ·mol-1测定化学反应热效应的基本原理是能量守恒定律,即反应所放出的热量促使反应体系温度的升高。
11、因此,对上面的反应,其热效应与溶液的质量(m)、溶液的比热(c)和反应前后体系温度的变化(ΔT )有如下关系:Qp = – (cmΔT+KΔT ) 式中K为热量计的热容量,即热量计本身每升温1度所吸收的热量。
12、由溶液的密度(d)和体积(V)可得溶液的质量,即:m = dV 若上述反应以每摩尔锌置换铜离子时所放出的热量(千焦)来表示,综合以上三式,可得:式中n为V毫升溶液中的物质的量。
13、热量计的热容量可由如下方法求得:在热量计中首先加入温度为T重量为W1的冷水、再加入温度为T2、重量为W2的热水,二者混合后,水温为T,则热量计得热为 q0=(T-T1)K 冷水得热为 q1=(T-T1)W1c水 热水失热为 q2=(T2-T)W2 c水 因此 q0=q2-q1 综合以上四式可得热量计的热容量为式中c水为水的比热。
14、若热量计本身所吸收的热量忽略不计,则(1)式可简化为图 5–2 温度校准曲线 ΔrHm = ΔT 由上式可见,本实验的关键在于能否测得准确的温度值。
15、为获得准确的温度变化ΔT,除精细观察反应时的温度变化外, 还要对影响ΔT的因素进行校正。
16、其校正的方法是:在反应过程中,每隔30秒记录一次温度,然后以温度(T)对时间(t)做图,绘制T—t曲线,如图4–2所示。
17、将曲线AB和CD线段分别延长,再做垂线EF,与曲线交与G点,且使CEG和BFG所围二块面积相等,此时E和F对应的T值之差即为校正后的温差ΔT。
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