实验25 溶解热的测定
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= ������������ 。������������ 与������������ 分别为将单位物
质的量的溶质溶于物质的量为 ������01 和������02 溶剂时的积分溶解热������s ,������������ 表示在含有 单位物质的量的溶质的溶液中加入溶剂, 使溶剂物质的量由������01 增加到������02 过程的 积分冲淡热������������ 。 ������������ = (������s )������ 02 − ������s ������ 01 = ������������ − ������������
������������ ������ ������������ 2 ������ ,������ ,������ 0
表示。
冲淡热:在恒温、 恒压下,把溶剂加到溶液中使之稀释所产生的热效应。分为 积分冲淡热和微分冲淡热两种。 通常都以含有单位物质的量的溶质的溶液的稀释 情况而言。 积分冲淡热:在恒温、恒压下,把原含有单位物质的量的溶质的溶液稀释, 使其中溶剂的物质的量从������01 变为������02 时的热效应, 亦即为某两浓度溶液的积分溶 解热之差,以������d 表示。 微分冲淡热:在恒温、恒压下,单位物质的量的溶剂加入某一确定浓度的无 限量的溶液中产生热效应,以
������������ ������ ������������ 0 ������ ,������ ,������ 2
表示。
2.积分溶解热������s 由实验直接测定,其他三种热效应则通过������s —������0 曲线求得。
∗ ∗ 设纯溶剂、纯物质的摩尔焓分别为������m,1 和������m,2 ,溶液中溶剂和溶质的偏摩尔
(3 − 6) 式中:∆������������������ ������������ ,1 —溶剂在指定溶度溶液中与纯溶剂摩尔焓之差,即微分冲淡热; ∆������������������ ������������ ,2 —溶质在指定溶度溶液中与纯溶剂摩尔焓之差,即微分溶解热; 根据积分溶解热������s 的定义, ������ ∆������������������ ������ ������1 ������s = = = ∆������������������ ������������ ,2 + ∆������������������ ������������ ,1 = ∆������������������ ������������ ,2 + ������0 ∆������������������ ������������ ,1 (3 − 7) ������2 ������2 ������2 所以在������s —������0 图(见图 3-4)上,不同������s 点的切线斜率为溶液在对应浓度下的微 分冲淡热,即∆������������������ ������������ ,1 =
80~100、100~200、200~300、300~400时 KNO3 的积分冲淡热。 按显示器右上 角的“下一页”按钮,出现计算机自动画的“������s —������0 ”图,再按“打印”按钮即 可打印处理的数据和图表。 ⑵如果需要保存当前数据到文件,则按“保存数据到文件” ,然后根据提示输入 文件名,按“OK”保存数据。 ⑶如果需要调出以前的实验数据来处理,则按“读取数据文件”按钮,并根据提 示输入文件名来读取数据。 思考题 1. 对本实验的装置你有何改进意见? 2. 影响本实验结果的因素有哪些? 知识拓展 1. 欲准确测定溶解热,要求仪器装置绝热良好,系统和环境间的热交换尽量稳 定并降至最小。采用保温瓶并加盖,以减少辐射、传导、对流、蒸发等形式的热 交换。实验过程中需均匀、稳定的搅拌,以促进溶质的溶解。 2. 实验开始时,系统的设定温度比环境高 0.5oC,是为了系统在实验过程中能 更接近绝热条件,减小热交换。 3. 本实验装置除测定溶解热外,还可以测定中和热、水化热、生成热及液态有 机物的混合热等,但应根据需要,设计合适的反应池。如中和热的测定,可将溶 解热装置的漏斗换为一个碱储存器,以便将碱液加入。碱储存器下端可做成毛细 管,开始涂凡士林,混合时用洗耳球吹起压出。
5. 将以上数据列表并作������s —������0 图,从图中求出������0 = 80、100、200、300和400 处的积分溶解热、微分溶解热和微分冲淡热。以及 ������0 从 80 → 100、100 → 200、200 → 300、300 → 400的积分冲淡热。 用计算机处理数据,按以下步骤进行: ⑴回到系统主界面按下“数据处理”菜单,并输入水的质量和各份试样质量。再 按下“以当前数据处理”钮,则软件自动计算处每份试样的������s 、������0 和������0 为 800、 100、200、300、400 时 KNO3 的积分溶解热、微分溶解热、微分冲淡热,������0 从
图 3-5 热量计及其电路图
1. 伏特计;2.直流毫安表;3.直流稳压电压源;4.测温部件;5. 磁子; 6.漏斗;7.保温杯;8.磁力搅拌器
������ = ������ 2 ������������ = ������������������ (3 − 8) 式中:������ —通过电阻为������ 的电热器的电流强度(A); ������—电阻丝两段所加电压 V ; ������—通电时间 s 。 仪器和药品 仪器:计算机测定溶解热实验装置一套,称量瓶 8 只(20 mm × 40 mm)。 药品:硝酸钾(AR)。 实验步骤 1. 称硝酸钾 26 g(已进行研磨和烘干处理) ,放入干燥器中。 2. 将 8 个称量瓶编号。在台秤上称量,依次加入约 2.5 g、1.5 g、2.5 g、3.0 g、 3.5 g、4.0 g、4.5 g 硝酸钾,再用分析天平称出准确数据,把称量瓶依次放入干 燥器中待用。 3. 量取 200 Ml 去离子水于保温杯内,打开反应热测量数据采集接口装置的电 源,将温度传感器擦干置于空气中,预热 3min,但不要打开恒流源及搅拌器电 源。 4. 双击桌面上溶解热软件图标,进入首页,按"继续"键进入主菜单。主菜单下 设 4 个菜单 项:(1)参数矫正;(2)开始实验;(3)数据处理;(4)退出。 (1)参数矫正 参数矫正菜单中有“电压参数矫正”和“电流参数矫正”两个子 菜单项,电压参数和电流参数一般情况下不需矫正。 (2)开始实验 开始实验菜单中有“开始实验”和“退出”功能按钮。 ①按下“开始实验”按钮,根据提示开始测量当前室温,稳定后改成温差挡并置 零。这时可打开恒流源及搅拌器电源,把保温杯放在磁力搅拌器上,调节磁子的 转速,将带有加热器及漏斗的盖子放好,测量加热器功率,并调节恒流源,使加 热器功率在 2.25~2.3 W 之间,同时将温度传感器也放入其内。按下回车键,测 量水温(注意温度传感器探头不要与搅拌磁子和加热电Baidu Nhomakorabea丝相接触)。 这时不要再 调节功率。 ②当采样到水温高于室温 0.5℃时,按计算机提示加人第一份 KNO3, ,同时计算
������������ ������ ������������ 0 ������ 2
= ������������ 。该切线在纵坐标上的截距为溶液在对应
������������ ������ ������������ 2 ������ ,������ ,������ 0
������������
浓度下的微分冲淡热,即∆������������������ ������������ ,2 =
机会实时记下此时水温和时间 ③加入 KNO3 后, 由于溶解吸热水温下降, 又由于加热器在工作, 水温又会上升。 当系统探测到水温上升至起始温度时,根据计算机提示加入第二份 KNO3,同时 计算机记下时间。统计出每份 KNO3 溶解后,电热补偿通电时间。 ④重复上一步骤直至第八份 KNO3 加完。 ⑤根据计算机提示关闭加热器和搅拌器(系统已将本次实验的加热功率和 8 份试 样的通电累计时间值自动保存)。 注意事项 1. 本实验应确保试样充分溶解,因此实验前必须研磨。 2. 注意加入试样的速度,防止试样进入保温杯过速,致使磁子陷住不能正常搅 拌;但试样如加得太慢也会引起实验误差。 3. 实验时需有合适的搅拌速度, 搅拌太慢, 会因水的传热性差而导致������s 值偏低; 搅拌太快,会以功的形式向系统中引入能量。 4. 实验结束后,保温杯中不应存在硝酸钾固体,否则需要重做实验。 5. 将仪器放置在无强电磁干扰的区域内。 6. 不要将仪器放置在通风的环境中,尽量保持仪器附近的气流稳定。 数据处理 1. 计算每次加入硝酸钾后的累计质量 m(KNO3)和通电累计时间 t。 2. 根据溶剂的质量和加入溶质的质量,求算溶液的浓度,以������0 表示: ������累 ������(H2 O) 200 ������������ 1111 ������0 = = = ������(KNO3 ) ������ H2 O ������ KNO3 ������累 3. 计算每次溶解过程的热效应。 ������ = ������������������ = ������������ 4. 计算出的Q值进行换算,求出当把单位物质的量的硝酸钾溶于物质的量为 ������0 的水中的溶解热������s 。 ������ ������������ 101.1 g ∙ mol−1 ������������ ������s = = = ������(KNO3 ) ������(KNO3 )/������(KNO3 ) ������(KNO3 ) ������0 = ������(H2 O) ������(KNO3 )
实验 25 溶解热的测定
预习要求 1.溶质在溶解过程中,或溶液在稀释过程中的热效应种类。 2.理解电热补偿法的原理。 3. 理解偏摩尔量的概念。 实验目的 1. 了解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 中的微分冲淡热、积分冲淡热和微分溶解热。 3. 初步了解溶解热实验中数据采集过程。 实验原理 1. 溶质加人溶剂的溶解过程,和溶剂加人溶液的稀释过程, 一般均伴随着热效应 的发生。 热效应的大小和正负取决于溶剂和溶质的性质和它们的相对量。关于溶 解及稀释过程的热效应,有下列几个基本概念: 溶解热:在恒温、恒压下,溶质溶解于溶剂(或某浓度溶液)过程中的热效应, 用 Q 表示。可分为积分溶解热和微分溶解热。 积分溶解热:在恒温、恒压下,单位物质的量的溶质溶于物质的量为 no 的溶 剂中产生的热效应,由于溶解过程中溶液的浓度逐渐改变,也称为变浓溶解热,用 Qs 表示 。 微分溶解热:在恒温、 恒压下,单位物质的量的溶质溶于某一确定浓度的无限 量的溶液中产生的热效应。 由于在溶解过程中溶液的浓度可视为不变,也称为定 浓溶解热,以
焓分别为������������ ,1 和������������ ,2 ,对于由物质的量分别为������1 和������2 的溶剂和溶质组成的系统, 在溶解前系统的总焓为������ 。
∗ ∗ ������ = ������1 ������m,1 + ������2 ������m ,2 (3 − 4)
图 3-4������s —������0 关系图
3.本实验是采用绝热式测温热量计,它是一个包括保温杯、搅拌装置、电加热器 和测温部件等的量热系统。装置及电路图如图 3-5 所示。因 KNO3 在水中溶解式 吸热过程,故本实验用电热补偿法测定 KNO3 在水中的溶解热。即先测定系统的 起始温度������,溶解过程中系统温度随吸热反应进行而降低, 再用电加热法使系统升 温至起始温度,根据所消耗电能求出热效应������ 。
溶解后溶液的焓为������ ′ , ������ ′ = ������1 ������������ ,1 + ������2 ������������ ,2 (3 − 5) 因此溶解过程热效应������ 为
∗ ∗ ������ = ∆������������������ ������ = ������ ′ − ������ = ������1 ������������ ,1 − ������m,1 + ������2 ������������ ,2 − ������m,2 = ������1 ∆������������������ ������������ ,1 + ������2 ∆������������������ ������������ ,2