物化实验报告：溶解热的测定-KCl、KNO3

物化实验报告：溶解热的测定-KCl、KNO3
华南师范大学实验报告
课程名称 物理化学实验 实验项目 溶解热的测定
【实验目的】
1．用量热计简单测定硝酸钾在水中的溶解热。

2．掌握贝克曼温度计的调节和使用。

【实验原理】
盐类的溶解往往同时进行着两个过程：一是晶格破坏，为吸热过程；二是离子的溶剂化，为放热过程。

溶解热是这两种热效应的总和。

最终是吸热还是放热，则由这两种热效应的相对大小来决定。

本实验在定压、不做非体积功的绝热体系中进行时，体系的总焓保持不变，根据热平衡，即可计算过程所涉及的热效应。

T C C W C W W M H m sol ∆⋅++-=∆][322111
）（ （3.1）
式中: m Sol H ∆为盐在溶液温度和浓度下的积分溶解热，单位：kJ ·mo1–1；
1W 为溶质的质量，单位：kg ；
T ∆为溶解过程的真实温差，单位：K ；
2W 为水的质量，单位：kg ；
M 为溶质的摩尔质量，单位：kg ·mo1–1
；
21C C 、分别为溶质和水的比热，单位：11--⋅K kg kJ ；
温度
3C 为量热计的热容(指除溶液外,使体系升高1℃所需要的热量) ，单位：kJ 。

图3.1溶解热测定装配图
实验测得W 1、W 2、ΔT 及量热计的热容后，即可按(3.1)式算出熔解热m Sol H 。

【仪器与药品 】
溶解热测量装置一套（如图3.1所示）；500ml 量筒一个；KCl(A.R.) ；KNO 3(A.R.)
【实验步骤】
1．量热计热容的测定：
本实验采用氯化钾在水中的溶解热来标定量热计热容3C 。

为此，先在干净的量热计中装入500m1蒸馏水，将与贝克曼温度计接好的传感器插入量热计中，放在磁力搅拌器上，启动搅拌器, 保持60－90转／分钟的搅拌速度，此时，数字显示应在室温附近，至温度变化基本稳定后，每分钟准确记录读数一次，连续8次后，打开量热计盖，立即将称量好的10克氯化钾(准确至0.01克)迅速加入量热计中，盖上盖，继续搅拌，每分钟记录一次读数，读取12次即可停止。

然后用普通水银温度计测出量热计中溶液的温度，倒掉溶液。

2．硝酸钾溶解热的测定：用硝酸钾代替氯化钾重复上述实验，区别是称取硝酸钾的质量为7克(准确至0.01g)。

完成一次实验后，溶液不倒掉。

同样连续读数8次后，再向溶液中加入7克硝酸钾，再读取12次温度完成第二次测量。

实验结束，倒掉溶液
【数据的处理】
1.各样品溶解前后温差的雷诺校正图
ΔT＝T2－T1＝19.4133－20.5135＝－1.1002℃ΔT＝T－T＝20.2023－20.9294＝－0.7271℃
ΔT＝T2－T1＝19.5193－20.4591＝－0.9498℃ΔT＝T－T＝19.0872－20.1553＝－1.0681℃
ΔT ＝T2－T1＝18.5848－19.9837＝－1.3989℃
ΔT＝T2－T1＝18.2813－20.3839＝－2.1026℃
ΔT＝T2－T1＝16.8651－20.9383＝－4.0732℃2.样品质量
KCl
KNO3
600:1 500:1 400:1 300:1 200:1 100:1
空称量纸0.2945 0.2870 0.2021 0.2737 0.2829 0.2809 0.2817 纸+样品 4.4376 2.1603 2.4660 3.0826 4.0251 5.898211.5174纸+剩余样品0.29460.28730.20580.27380.32750.28090.2817实际加入质量 4.1430 1.8730 2.2602 2.8088 3.6976 5.617311.2357
t/℃ Δsol H m /kJ t/℃ Δsol H m /kJ t/℃ Δsol H m /kJ 10 19.895 17 18.765 24 17.703 11 19.795 18 18.602 25 17.556 12 19.623 19 18.443 26 17.414 13 19.598 20 18.297 27 17.272 14 19.276 21 18.146 28 17.138 15 19.100 22 17.995 29 17.004 16 18.933 23 17.682
实验测得的温度为：17.9℃，则选取18℃的Δsol H m /kJ ＝18.602 kJ/mol
3.结果计算
①计算量热计的热容
()
()
kJ/K
09993.01002.155.74602
.181430.4184.410200699.0101430.4l)]O,C(H m s)(KCl,C [m K 331122p 1=-⨯⨯-
⨯⨯+⨯⨯-=∆⋅∆⋅+
+-=--T
M H m m
sol
②计算硝酸钾在水中溶解的溶解焓
根据公式：(
)
1
/
1/22/
23p /1K ]l)O,C(H m s),(K
NO C [m m M
T T H m sol ⨯-+++-=∆
’
(
)(
)
1
/
1/23/
110
.1010993.0184.4102009522.0m m T T ⨯
-⨯+⨯⨯+⨯-=-’
③绘制Δsol H m —n 0曲线
根据公式：3
333
33
/18g/mol 10.101g 200//n 0
KNO KNO KNO KNO KNO KNO m mol g M m M m M m M m n n ⨯⨯=
⨯⨯=
=
=
水
水水水水各浓度
的n 0值 。

KNO 3 600:1 500:1 400:1 300:1 200:1 100:1
n 0 599.7508 497.0062 399.9335 303.8007 199.9774 99.9789 校正后温差 －0.7271 －0.9498 －1.0681 －1.3989 －2.1026 －4.0732 溶解焓Δsol H m （kJ/mol ） 36.8092 36.6286 36.0914 35.9394 35.6268 34.7012
在Excel 中绘制Δsol H~n 0关系曲线，并使用多种类型的函数对曲线拟合得曲线方程。

使用二项式函数拟合的Δsol H m —n 0曲线
y = -5×10^-6x 2 + 0.0074x + 34.129
R 2 = 0.9634
34.5
3535.53636.5
370
100
200
300
400
500
600
700
n 0
Δs o l H m
使用指数函数拟合的Δsol H m —n 0曲线
y = 34.604e
0.0001x
R 2
= 0.9274
34.5
3535.53636.537
37.50
100
200
300
400
500
600
700
n 0
Δs o l H m
使用乘幂函数拟合的Δsol H m —n 0曲线
y = 30.01x
0.0317
R 2
= 0.977
34.5
3535.53636.5
370
100
200
300
400
500
600
700
n 0
Δs o l H m
使用对数函数拟合的Δsol H m —n 0曲线
y = 1.1335 ln(x) + 29.502
R 2
= 0.9763
34.5
3535.53636.5
370
100
200
300
400
500
600
700
n 0
Δs o l H m
对比上面四种（二项式、指数、乘幂、对数）拟合曲线图，使用对数函数拟合出的Δsol H m
—n 0曲线最为理想，故拟合得曲线方程为：
Y=1.1335 ln(x)+29.502 R 2=0.9763
4.积分熔解焓，积分稀释焓，微分熔解焓，微分稀释焓的求算
①将n 0=100、200、300、400、500、600代入3中的曲线方程，求出溶液在这几点处的积分溶解焓。

n 0
100 200 300 400 500 600 Δsol H m （KJ/mol ）
34.7220
35.5076
35.9672
36.2933
36.5463
36.7529
Δsol H （KJ/mol ） 34.7220 35.5076 35.9672 36.2933 36.5463 36.7529
②将所得曲线方程对n 0求导，将上述几个n 0值代入所得的导函数，求出这几个点上的切线斜率，即为溶液n 0在这几点处的微分稀释焓：
求得一阶导数方程为：x
1335
.1y
n 0
100
200
300 400 500 600
微分稀释焓（KJ/mol ） 0.011335 0.005668 0.003778 0.002834 0.002267 0.001889
③利用一元函数的点斜式公式求截距，可得溶液在这几点处的微分溶解焓。

n 0
100 200 300 400 500 600 微分溶解焓（KJ/mol ） 33.5885
34.3741
34.8337
35.1598
35.4128
35.6194
④最后，计算溶液n 0为100→200，200→300，300→400，400→500，500→600时的积分稀释焓。

n 0
100→200 200→300 300→400 400→500 500→600 积分溶解焓（KJ/mol ）
0.7856
0.4596
0.3261
0.2530
0.2066
【实验讨论】
1． 根据积分溶解热的定义，可知随着n 0增大，Δsol H 应该不断增大的，且增大的速率逐渐变慢。

图中拟合的二次曲线并不是与此严格相符的，在n 0=700左右有下降趋势。

所以，该拟合曲线线只能概括实验进行范围内的Δsol H~ n 0的关系。

若要得到更大范围内的关系曲线，需要增加实验组数，获得更全面的数据
另外，拟合函数的选择也不是唯一的。

对于多项式拟合，次数越高，相关度越好。

当本实验用2次拟合，相关度已经有0.998，无需再选择更高次的曲线方 程。

当然，也可以用指数，对数等函数进行拟合。

所得到的拟合曲线，均是Δsol H 与n 0的经验关系。

2． 硝酸钾溶解在水中吸热，这是破坏硝酸钾的晶格能，硝酸钾的电离能以及溶剂化热等能量的综合效应。

从实验结果看出，溶剂的量n 0越多，吸热也越多，这可能是与溶剂化热有关，溶剂的量不同， 会影响K +
,NO 3-
周围的水合离子数。

3． 溶剂量的影响随着溶剂量的增多而逐渐减弱，反映在图中曲线的斜率减少上。

当溶剂很多时，加入少量的溶剂，浓度的变化甚小。

这些体现在微分稀释热上。

微分稀释热定义为1mol 溶质溶解在无限量一定浓度溶液中产生的热效应。

按此定义，在定温定压下它为一定值。

实验处理得到的
微分稀释热是不断变小的，这是因为溶液量并不是无限的。

当溶剂量很大时，认为溶液浓度不再
变化，这时得到的微分稀释热便趋于稳定了。

Δ
sol H~n
最终应为一线性关系。

4．在不同温度压力下，硝酸钾的溶解热是不同的，尤其是温度的影响更大。

当温度改变时，由van’tHoff等温式知，溶解平衡常数和溶解焓均会发生变化。

故实验时需要注明环境的温度、压强。

5．硝酸钾加入快慢的控制，是实验成败的关键。

加得太快，会使得温差过大，体系与环境的热交换加快，测得的溶解热偏低。

加得太慢，一旦温度升到一个较高的值，即使加入所有硝酸钾也无法使温差回到零度以下，导致实验失败。

一般ΔT控制在-0.3℃左右为宜，最低不要超过-0.5℃，但要始终为负值。

实验中要时刻注意温差的变化，掌握好加料的时间和量。

在每次组实验完后，温差回升到0℃以上，此时升温较快，需要及时加入较多的硝酸钾，否则温差可能再无法回到负值。

加料时应小心，以免硝酸钾洒落，留在瓶口的需要用毛刷刷进去。

6．磁子的搅拌速度也很重要。

搅拌太慢，硝酸钾难以完全溶解，若实验结束发现有未溶解的硝酸钾，应重复实验。

搅拌太快，会加快散热，且温差归零的时间难以准确记录
7．实验中使用的硝酸钾不是十分干燥，已经略有吸潮。

这对实验结果会有影响（相当于硝酸钾已经溶解了一些）。

实验中，应在其它事宜都准备好后，再称量硝酸钾，称完后盖上盖子，并尽快开始实验。

建议实验过程中将称好的药品放在干燥器中。