实验3_溶解热的测定

实验3 溶解热的测定

坂井优 2013080091 化32 同组实验者：郑少冬 实验日期：2015-11-26 提交报告日期：2012-12-4 带实验老师： 1 引言

1.1 实验目的

1．测量硝酸钾在不同浓度水溶液的溶解热，求硝酸钾在水中溶解过程的各种热效应。 2．掌握量热装置的基本组合及电热补偿法测定热效应的基本原理。

3．复习和掌握常用的测温技术。 1.2 实验原理 1.2.1 基本实验原理

物质溶于溶剂中，一般伴随有热效应的发生。盐类的溶解通常包含着几个同时进行的过程：晶格的破坏、离子或分子的溶剂化、分子电离（对电解质而言）等。热效应的大小和符号决定于溶剂及溶质的性质和它们的相对量。

在热化学中，关于溶解过程的热效应，需要了解以下几个基本概念。

溶解热 在恒温恒压下，溶质B 溶于溶剂A(或溶于某浓度溶液)中产生的热效应，用sol H ∆表示。

摩尔积分溶解热 在恒温恒压下，1mol 溶质溶解于一定量的溶剂中形成一定浓度的溶液，整个过程产生的热效应。用sol m H ∆表示。

sol sol m B

H

H n ∆∆=

（1）

式中, B n 为溶解于溶剂A 中的溶质B 的物质的量。

摩尔微分溶解热 在恒温恒压下，1mol 溶质溶于某一确定浓度的无限量的溶液中产生的热效应，以,,(

)A sol T P n B H n ∂∆∂表示，简写为()A sol n B

H

n ∂∆∂。 稀释热 在恒温恒压下，一定量的溶剂A 加到某浓度的溶液中使之稀释，所产生的热效应。

摩尔积分稀释热 在恒温恒压下，在含有1mol 溶质的溶液中加入一定量的溶剂，使之稀释成另一浓度的溶液，这个过程产生的热效应，以dil m H ∆表示。

21dil m sol m sol m H H H ∆=∆-∆ （2） 式中，2sol m H ∆、1sol m H ∆为两种浓度的摩尔积分溶解热。

摩尔微分稀释热 在恒温恒压下，1mol 溶剂加入到某一浓度无限量的溶液中所发生的热效应，以,,(

)B sol T P n A H n ∂∆∂表示，简写为()B sol n A

H

n ∂∆∂。 在恒温恒压下，对于指定的溶剂A 和溶质B ，溶解热的大小取决于A 和B 的物质的量，即 (,)sol A B H n n ∆=⎰

（3） 由（3）式可推导得：

,,,,(

)()B A sol sol sol A T P n B T P n A B

H H

H n n n n ∂∆∂∆∆=+∂∂ （4） 或 ,,,,()()B A sol sol A sol m T P n T P n B A B

H H n H n n n ∂∆∂∆∆=

+∂∂ （5） 令0/A B n n n =，（5）改写为：

0,,,,(

)()B A sol sol sol m T P n T P n A B

H H

H n n n ∂∆∂∆∆=+∂∂ （6） （6）式中的sol m H ∆可由实验测定，0n 由实验中所用的溶质和溶剂的物质的量计算得到。

作出sol m H ∆－0n 曲线，见图2-3-1。曲线某点（01n ）的切线的斜率为该浓度下的摩尔微分稀释热（即

AD CD

），切线与纵坐标的截距，为该浓度下的摩尔微分溶解热（即

OC ）。显然，图中02n 点的摩尔溶解热与01n 点的摩尔溶解热之差为该过程的摩尔积分稀释热（即BE ）。

由图2-3-1可见，欲求溶解过程的各种热效应，应当测定各种浓度下的摩尔积分溶解热。本实验采用累加的方法，先在纯溶剂中加入溶质，测出溶解热，然后在这溶液中再加入溶质，测出热效应，根据先后加入溶质总量可求出0n ，而各次热效应总和即为该浓度下的溶解热。 1.2.2 用简易量热计测溶解焓

本实验是采用绝热式测温量热计，它是一个包括杜瓦瓶、搅拌器、电加热器和测温部件等组成的量热系统。装置及电路图如图2-3-2所示。因本实验测定KNO 3在水中的溶解热是一个吸热过程，热量的标定可用电热补偿法，即先测定体系的起始温度，溶解过程中体系温度随吸热反应进行而降低，再用电加热法使体系升温至起始温度，根据所消耗电能求出热效应Q 。再由下式可求算出溶解热

2121sol T T H Q

T T -∆=''

- ， 2

Q I RT = （7）

式中，1T 、2T 为加入溶质始末的体系的温度；Q 为使体系从2T '升至1T '时的电热（J ）；

2T '、1T '为电加热始末的体系温度，I 为电流强度（A ）；R 为加热器电阻（Ω）；T 为

通电加热时间（S ）。

本实验采用热敏电阻测温系统（详见附录温度的测量与控制），（21T T -）为溶解过程校正后的峰高，（21T T ''-）为加热过程校正后的峰高。

2、实验操作

2.1 实验药品、仪器型号及实验装置示意图

实验仪器：

杜瓦瓶（保温瓶）、CJ-2磁力搅拌器、DYY-7转移电泳

仪（恒流源）、浸入式加热器、热敏电阻、惠斯通电桥、

XWT-204台式自动平衡记录仪、500mL容量瓶、大烧杯、

AR1140/C电子天平、研钵。

实验装置示意图如右侧图2所示。

实验药品：

KNO3（分子量101.10）

2.2 实验条件

平均室温：24.0℃

2.3 实验操作步骤及操作要点

(1)装好仪器，保持仪器装置的绝热性能良好

(2) 测量室温，取不少于500mL的去离子水，调整至室温，用500mL容量瓶定容，加入500mL去离子水到保温瓶内，电脑收集数据开始

(3) 在天平上称量5gKNO3备用（减量法，硝酸钾研磨至60目以上）

(4) 打开搅拌器，待保温瓶内温度基本稳定后，记录约4min。电源调至恒流，打开电源开始加热，电流调至950mA左右，待基线走至14mV左右停止加热。待稳定后，加入事先准备好的KNO3固体，待温度稳定后再记录8min左右

(5) 打开电源加热，同时计时，待温度升高至对称位置附近时，停止加热，并记录加热时间，之后再记录8min左右

(6) 按上述步骤再分别加入6g、7g、8g、8g、7g、6g的硝酸钾固体

(7) 测量加热器阻值

2.4注意事项

1. 注意加热时间，不要使温度过高超过仪器量程

2. 加样时要将样品全部加入，不要有黏附

3. 去离子水的温度应尽量调整至与室温一致

3 结果与讨论

3.1原始实验数据

加热器阻值R=15.66Ω，电流值I=950mA，ρ(H2O，17℃)=0.9987g/mL

3

序号1234567

KNO3质量

(g)5.0212 6.00337.16898.00118.00267.0067 6.0068

加热时间(s)139.72163.69183.06183.91180.8483.07