中和熱測定中的誤差分析

牛再海

◆摘? 要：中和熱測定是化學(xué)反應(yīng)與能量中的重要實(shí)驗(yàn)，對幫助學(xué)生理解和掌握化學(xué)反應(yīng)與能量的關(guān)系的重要作用。作為定量實(shí)驗(yàn)，誤差分析是學(xué)生的難點(diǎn)。本文側(cè)重于中和熱測定的誤差分析引導(dǎo)學(xué)生掌握定量實(shí)驗(yàn)的誤差分析方法，以拋磚引玉。

◆關(guān)鍵詞：中和熱;實(shí)驗(yàn)測定;誤差分析

高中階段，化學(xué)實(shí)驗(yàn)的誤差分析是一個(gè)重要的常見的考查內(nèi)容，在酸堿中和熱的測定試驗(yàn)中，由于儀器的準(zhǔn)確度、實(shí)驗(yàn)者的感官的靈敏度有限、標(biāo)度看錯(cuò)等因素都會(huì)造成一定的實(shí)驗(yàn)誤差，本文從不同角度、方位對該實(shí)驗(yàn)中有可能造成誤差的因素作了詳細(xì)的概括和分析。

1酸堿中和熱的定義

在稀溶液中，強(qiáng)酸跟強(qiáng)堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1 mol液態(tài)水時(shí)的反應(yīng)熱叫做中和熱。

反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：H+（aq）+OH-（aq）=H2O（l）中和熱均為57.3 kJ/mol。

強(qiáng)調(diào)以下關(guān)鍵詞：①稀溶液;②強(qiáng)酸跟強(qiáng)堿;③標(biāo)準(zhǔn)：生1 mol液態(tài)水;④結(jié)果：57.3 kJ/mol

2中和熱測定的實(shí)驗(yàn)用品

大燒杯（500ml）、小燒杯（100ml）、溫度計(jì)、量筒（50ml）兩個(gè)、泡沫塑料或紙條、泡沫塑料板或硬紙板（中心有兩個(gè)小孔）、環(huán)形玻璃攪拌棒。0.5mol/L鹽酸、0.55mol/LNaOH溶液（為了保證0.5mol/L的鹽酸完全被NaOH中和，采用0.55mol/LNaOH溶液，使堿稍稍過量）。

3中和熱測定的實(shí)驗(yàn)操作

（1）按右圖所示準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)裝置;

（2）用一個(gè)量筒量取50 mL 0.50 mol/L鹽酸，倒入小燒杯中，并用溫度計(jì)測量鹽酸的溫度;

（3）用另一個(gè)量筒量取50 mL 0.55 mol/LNaOH溶液，并用溫度計(jì)測量NaOH溶液的溫度;

（4）把量筒中的NaOH溶液迅速倒入燒杯中，立即蓋上蓋板，用環(huán)形玻璃攪拌棒輕輕攪動(dòng)溶液，并準(zhǔn)確讀取混合溶液的最高溫度。

（5）結(jié)果處理，酸堿稀溶液密度近似為1g/mL，并將以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)代入下列計(jì)算式中，即可計(jì)算出中和熱。重復(fù)實(shí)驗(yàn)2—3次，取平均值。

3中和熱測定誤差判斷方法

定量實(shí)驗(yàn)的誤差分析，主要是分析實(shí)驗(yàn)失誤對待測物理量的影響，然后代入計(jì)算式進(jìn)行判斷。比如：若實(shí)驗(yàn)操作引起△t值偏大，則△H偏大;若實(shí)驗(yàn)操作引起m偏大，則△H偏大。其它定量實(shí)驗(yàn)可按以上方法進(jìn)行分析判斷。

（1）實(shí)驗(yàn)引起△t值的偏差對△H影響

①未蓋泡沫塑料板或操作動(dòng)作太遲緩。熱量損失，△t值偏小，測定結(jié)果△H偏低。

②用弱酸或弱堿代替強(qiáng)酸或強(qiáng)堿。由于弱酸弱堿為弱電解質(zhì)，其電離需吸熱，導(dǎo)致反應(yīng)產(chǎn)生的熱量少，△t值偏小，測定結(jié)果△H偏低。

③用0.50mol·L-1 NaOH溶液代替0.55mol·L-1 NaOH。NaOH溶液的濃度偏低，導(dǎo)致中和反應(yīng)中鹽酸不能完全反應(yīng)，△t值偏小，測定結(jié)果△H偏低。

④測量鹽酸溫度的溫度計(jì)直接測量NaOH溶液的溫度。溫度計(jì)上附著的鹽酸使部分NaOH溶液中和，產(chǎn)生的熱量散失在空氣中，造成△t值偏小，測定結(jié)果△H偏低。

⑤量取鹽酸的量筒，直接用于量取NaOH溶液。量筒內(nèi)上附著的鹽酸使部分NaOH溶液中和，產(chǎn)生的熱量散失在空氣中，造成△t值偏小，測定結(jié)果△H偏低。

⑥把NaOH溶液倒入小燒杯中時(shí)，有少量濺出。由于NaOH溶液有少量的損耗，中和反應(yīng)未進(jìn)行完全，產(chǎn)生的熱量偏小，造成△t值偏小，測定結(jié)果△H偏低。

⑦選用較高濃度的鹽酸和NaOH溶液。鹽酸和NaOH溶液的濃度過大就會(huì)使溶液中的陰陽離子間的相互牽制作用增強(qiáng)，電離程度就會(huì)減小，則中和反應(yīng)產(chǎn)生的熱量勢必要用一部分來補(bǔ)償未電離分子的離解熱，造成△t值偏小，測定結(jié)果△H偏低。

⑧用濃硫酸代替稀鹽酸。酸堿混合時(shí)，濃硫酸被稀釋而放熱，造成△t值偏大，測定結(jié)果△H偏大。

⑨量取堿溶液時(shí)仰視讀數(shù)。量取堿溶液的體積偏大，由于溶液總質(zhì)量增大，溶液升溫會(huì)吸收的熱偏多，造成△t值偏小，測定結(jié)果△H偏低。

⑩量取堿溶液時(shí)俯視讀數(shù)。量取堿溶液的體積偏小，由于溶液總質(zhì)量減小，溶液升溫會(huì)吸收的熱偏少，造成△t值偏大，測定結(jié)果△H偏大。

（2）實(shí)驗(yàn)引起m值和△t值的偏差對△H影響

實(shí)驗(yàn)操作中，用量筒量取酸溶液時(shí)仰視（俯視）讀數(shù)，量取的鹽酸溶液大于（小于）50mL，與堿反應(yīng)會(huì)放出更多（較少）的熱，但同時(shí)溶液總質(zhì)量會(huì)增大（減少），使溶液升溫，需熱量也會(huì)更多（較少），對結(jié)果的影響則需要具體問題具體分析。

實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，若正確讀數(shù)，利用上述計(jì)算式和數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，氫氧化鈉溶液和鹽酸溶液反應(yīng)，生成水的物質(zhì)的量為：0.025mol，則理論上放出的熱量：Q=n△H=0.025mol×57.3kJ/mol×1000=1.4325×10?J，溶液升高溫度△t標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算：由Q=cm△t標(biāo)準(zhǔn)，得：△t標(biāo)準(zhǔn)=Q/cm （c取4.2×10?J/kg·℃），△t標(biāo)準(zhǔn)=1.4325×10?J/（4.2×10?J/kg×℃×0.1kg）=3.410714285℃，即不計(jì)熱量損失，理論上可測得混合液溫度升高了△t標(biāo)準(zhǔn)=3.4107℃。

①仰視量酸溶液的量筒讀數(shù)

理論得出：在量取HCl（aq）時(shí)，仰視讀數(shù)量筒，測得△t1>△t標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)導(dǎo)致△H偏大。

②俯視量酸溶液的量筒讀數(shù)

得出：在量取HCl（aq）時(shí)，俯視量取酸溶液的量筒讀數(shù)時(shí)，測得△t2<△t標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)導(dǎo)致△H偏小。

請同學(xué)們通過以上中和熱測定誤差判斷方法，試著進(jìn)行研究酸堿中和滴定誤差判斷。