溶解热的测定

实验七 溶解热的测定

一、实验目的

1.掌握采用电热补偿法测定热效应的基本原理。

2.用电热补偿法测定硝酸钾在水中的积分溶解热，并用作图法求出硝酸钾在水中的微分溶解热、积分稀释热和微分稀释热。

3.掌握溶解热测定仪器的使用。

二、实验原理

物质溶解过程所产生的热效应称为溶解热，可分为积分溶解热和微分溶解热两种。积分溶解热是指定温定压下把1mol 物质溶解在n 0mol 溶剂中时所产生的热效应。由于在溶解过程中溶液浓度不断改变，因此又称为变浓溶解热，以△sol H 表示。微分溶解热是指在定温定压下把1mol 物质溶解在无限量某一定浓度溶液中所产生的热效应，以表示.在溶解过程中浓度可视为不变，因此又称为定浓度

溶解热，以0

,,)(n p T sol n

H

∂∆∂表示，即定温、定压、定溶剂状态下，由微小的溶质增

量所引起的热量变化。

稀释热是指溶剂添加到溶液中，使溶液稀释过程中的热效应，又称为冲淡热。它也有积分（变浓）稀释热和微分（定浓）稀释热两种。积分稀释热是指在定温定压下把原为含1mol 溶质和n 01mol 溶剂的溶液冲淡到含n 02mol 溶剂时的热效应，它为两浓度的积分溶解热之差。微分稀释热是指将1mol 溶剂加到某一浓度的无

限量溶液中所产生的热效应，以n p T sol n H

,,0

)(∂∆∂表示，即定温、定压、定溶质状态

下，由微小的溶剂增量所引起的热量变化。

积分溶解热的大小与浓度有关，但不具有线性关系。通过实验测定，可绘制出一条积分溶解热△sol H 与相对于1mol 溶质的溶剂量n 0之间的关系曲线，如图1所示，其他三种热效应由△sol H~n 0曲线求得。

设纯溶剂、纯溶质的摩尔焓分别为H m1和H m2，溶液中溶剂和溶质的偏摩尔焓分别为H 1和H 2，对于由n 1mol 溶剂和n 2mol 溶质组成的体系，在溶质和溶剂未混合前，体系总焓为：

图1

H=n 1 H m1+n 2 H m2 (1)

将溶剂和溶质混合后，体系的总焓为：

H’= n 1 H 1+n 2 H 2 (2)

因此，溶解过程的热效应为：

△H=n 1(H 1-H m1)+n 2(H 2-H m2)=n 1△H 1+n 2△H 2 (3)

在无限量溶液中加入1mol 溶质，(3)式中第一项可以认为不变，在此条件下所产生的热效应为(3)式中第二项中的△H 2，即微分溶解热。同理，在无限量溶液中加入1mol 溶剂，(3)式中第二项可以认为不变，在此条件下所产生的热效应为(3)式中第一项中的△H 1，即微分稀释热。

根据积分溶解热的定义，有：

△sol H=2

H n (4)

将(3)式代入，可得：

△sol H=2

1

n n △H 1+△H 2=n 01△H 1+△H 2 (5)

此式表明，在△sol H~n 0曲线上，对一个指定的n 01，其微分稀释热为曲线在该点的切线斜率，即图1中的AD/CD 。n 01处的微分溶解热为该切线在纵坐标上的截距，即图1中的OC 。

在含有1mol 溶质的溶液中加入溶剂，使溶液量由n 01mol 增加到n 02mol ，所产生的积分溶解热即为曲线上n 01和n 02两点处△sol H 的差值。

本实验测硝酸钾溶解在水中的溶解热，是一个溶解过程中温度随反应的进行而降低的吸热反应，故采用电热补偿法测定。实验时先测定体系的起始温度，溶解进行后温度不断降低，由电加热法使体系复原至起始温度，根据所耗电能求出溶解过程中的热效应Q 。

(6)

式中，I 为通过加热器电阻丝（电阻为R ）的电流强度(A)，V 为电阻丝两端所加的电压(V)，t 为通电时间(s)。

三、仪器和试剂

1.仪器

SWC-RJ 一体式溶解热测量装置(如右图，具体参数为：加热功率：0～12.5W 可调；温度/温差分辨率：0.01℃/0.001℃；计时时间范围：0～9999 S ；输出：RS232C 串行口)

称量瓶8只,毛刷1个，电子分析天平，台秤

2.试剂

硝酸钾固体(A.R.已经磨细并烘干)

四、实验步骤

1.称样

取8个称量瓶，先称空瓶，再依次加入约为2.5、1.5、2.5、3.0、3.5、4.0、4.0、4.5 g的硝酸钾（亦可先去皮后直接称取样品），粗称后至分析天平上准确称量，称完后置于保干器中，

在台天平上称取216.2 g蒸馏水于杜瓦瓶内。

具体数据记录见五中，称量瓶洗净吹干后，一定要称量空瓶的质量，由于没有保干器，所以称量以后要马上盖上盖子。蒸馏水称量了218.2g。

2.连接装置

如右图所示，连接电源线，打开温差仪，记

下当前室温。

将杜瓦瓶置于测量装置中，插入探头测温，

打开搅拌器，注意防止搅拌子与测温探头相碰，

以免影响搅拌。

将加热器与恒流电源相连，打开恒流电源，

调节电流使加热功率为2.5瓦，记下电压、电流

值。同时观察温差仪测温值，当超过室温约0.5℃

时按下“采零”按钮和“锁定”按钮，并同时按

下“计时”按钮开始计时。

当前室温是15.6℃，注意要放入搅拌子。当

显示温度超过室温0.5℃后，按下“状态转换”按

钮，系统自定采零并开始计时，加热功率为2.30W

左右。

3.测量

将第一份样品从杜瓦瓶盖口上的加料口倒入杜瓦瓶中，倒在外面的用毛刷刷进杜瓦瓶中。此时，温差仪显示的温差为负值。监视温差仪，当数据过零时记下时间读数。接着将第二份试样倒入杜瓦瓶中，同样再到温差过零时读取时间值。如此反复，直到所有的样品全部测定完。

采零后要迅速开始加入样品，否则升温过快可能温度回不到负值。加热速度不能太快也不能太慢，要保证温差仪的示数在-0.5℃以上。具体数据记录见五中。

4.称空瓶质量

在分析天平上称取8个空称量瓶的质量，根据两次质量之差计算加入的硝酸