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量热实验:由温度–时间图测定反应焓变

按标准方法在虚拟量热计中完成实验:每 30 秒记录一次温度,第 3 分钟加入试剂,把冷却线外推到混合时刻,再用 q = mcΔT 将温度变化换算为 ΔH。比较带盖泡沫杯与玻璃烧杯,直观看到散热对结果的影响。

核心概念

q = mcΔT

溶液吸收或放出的热量等于溶液质量 × 比热容 × 温度变化。质量取溶液的质量,而不是加入的固体的质量。

由 q 求 ΔH

用热量除以不足量反应物的物质的量,并改变符号:ΔH = −q/n,单位 kJ mol⁻¹。温度升高说明反应放热,ΔH 为负值。

冷却曲线外推

反应进行的同时热量已在散失,读到的最高温度偏低。把冷却线延长到混合时刻,可估计没有散热时的温度变化。

隔热与误差

与环境的热交换是最主要的误差。带盖泡沫杯散热比玻璃烧杯慢得多,测得结果更接近数据手册值。

这个量热实验能学到什么

量热法让反应加热或冷却一定质量的溶液,由温度变化求出反应焓变:先用 q = mcΔT 求出传递的热量,再除以不足量反应物的物质的量,得到以 kJ mol⁻¹ 为单位的 ΔH。中和反应反应热的测定是高中化学选择性必修一的经典实验,也是 AQA A-level 必做实验 2 和 AP 化学第 6 单元的核心实验。

在这个虚拟实验中,你将按标准方法操作:每 30 秒读一次温度,第 3 分钟加入试剂(混合的这一刻不读数),一直记录到第 10 分钟。然后在温度–时间图上对冷却段拟合直线,并外推到混合时刻,得到修正后的温度变化。

把同一个反应分别放在带盖泡沫杯和玻璃烧杯中进行。上一次的曲线会以灰色保留在图上,你可以直接看到散热加快如何压低峰值、使冷却线变陡,以及外推为什么能让结果更接近数据手册值。

常见问题

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