用比热定原子量
把热金属投进量热杯,由升温算出比热,再像十九世纪的化学家一样,用杜隆–珀蒂定律和氧化物的质量定出三种未知金属的化合价与原子量。
实验目的 用混合法测量比热,校正散热,并由 M ≈ 3R/c 与当量确定原子量。
操作步骤
- 选样品 A,在沸水浴中把 50.0 g 金属加热到 100.0 °C,同时记录量热杯中 100.0 g 水的基线。
- 把金属迅速投入量热杯,记录温度曲线。比较最高读数和把投入后直线外推回投入时刻得到的 T_f。
- 由 T_f 算出比热和 M ≈ 3R/c;再由 1.000 g 金属得到的氧化物质量算出当量,定出化合价和原子量。
- 对样品 B 和 C 重复,最后与答案对照。
注意观察
- 样品 A 使水从 20.05 °C 升到 T_f = 27.64 °C,比热 0.899 J g⁻¹ K⁻¹,M ≈ 27.7 g/mol;氧化物 1.8894 g 给出当量 8.99 g,化合价 3,原子量 26.98:铝。
- 样品 B 升到 23.49 °C,M ≈ 64.6 g/mol,当量 31.77 g,二价,63.55:铜。样品 C 只升到 21.25 °C,M ≈ 191 g/mol,当量 103.6 g,二价,207.2:铅。
- 室温 22 °C 高于水温,水一直在缓慢吸热。直接用最高读数,铅的比热会高估约 8 %,铝则低估约 2 %(热量还没传完);外推校正把三种金属的误差都压到 1 % 以内。
- 比热只给出原子量的大小:铝偏高约 3 %、铜偏高约 2 %,铅偏低约 8 %(它的 Cp 比 3R 大)。整数化合价和精确值来自化学分析。
真实实验室
- 金属要在沸水中浸足够久,取出后不到一两秒就投入量热杯,沾带的水越少越好。
- 沸水的温度随气压变化,要用温度计实测,不能默认 100 °C。
- 量热杯常数要先用热水–冷水混合标定;持续搅拌,每隔几秒读一次温度。