试验3溶解热的测定

第次课 4 学时

实验3 溶解热的测定

一、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。

二、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 ；

3C 为量热计的热容(指除溶液外,使体系温度升高1℃所需要的热量) ，单位：kJ 。

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 ∆。

三、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.)

四、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

图3.1溶解热测定装配图

1.磁力搅拌器；

2.搅拌磁子；

3.杜瓦瓶；

4.漏斗；

5.传感器；

6.SWC —IIC 数字贝克曼温度仪．

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。五、实验记录

室温：20.4 ℃, 大气压：100.05 kPa

表3.1 加氯化钾前后每分钟温度读数记录

表3.2 第一次加硝酸钾前后每分钟温度读数记录

表3.3 第二次加硝酸钾前后每分钟温度读数记录

六、数据处理

1. 由于杜瓦瓶并不是严格的绝热系统，因此在盐溶解过程中系统与环境仍有微小的热交换。为了消除热交换的影响，求得没有热交换时的真实温度差Δt，可采用如图 3.2的作图外推法。即根据实验数据, 先做出温度—时间曲线，并认为溶解是在相当于盐溶解前后的平均温度那一瞬间完成的。过此平均温度做一水平线与曲线交于M点，过M点作一垂线，与上下两段温度读数的延长线交于A、B两点，相应的Δt即为所求的真实温度差。为了提高读数的精度，可以把外推部分放大。

2．计算量热计热容C3。

C3= －m1/M•Δsol H m/ΔT－m1c1－m2c2=10.3/74.56/1.169―500×10-6×998.1×

4.183―10.3×10-3×668.8×10-3＝0.0589 kJ·K-1

3．计算硝酸钾在溶液温度下的溶解焓。

第一次KNO3溶解热Δsol H m＝－[m1c1+m2c2+C3]•ΔT•M/ m1＝－101.103/7×[(7×10-3×8945×10-3+500×10-6×998.1×4.183)+0.0589]×(－1.120)＝35.73 kJ·mo1-1

第二次KNO3溶解热Δsol H m＝－[m1c1+m2c2+C3]•ΔT•M/ m1＝－101.103/7×[(7×

10-3×8945×10-3+500×10-6×998.1×4.183)+0.0589]×(－1.045)＝33.34 kJ·mo1-1

表3.4 数据处理表

图 3.2 温度~时间曲线与外推法求温差

七、思考题

1. 为什么只作膨胀功的绝热系统在等压过程的焓不变?

答：因为等压绝热过程Qp = H = 0，即焓不变。

2. 为什么要测定量热计的热容?

答：因为在溶剂过程中有温度改变，则有热量变化，所以要测定量热计的热容。

3. 温度和浓度对溶解热有无影响?

答：有。温度、压力以及溶质和溶剂的性质、用量，是影响溶解热的显著因素。八、数据附录

1．氯化钾(s)及硝酸钾(s)在20℃附近的比热分别为668.8J·kg-1·K-1及894.5J·kg-1·K-1。

2．不同温度下，1mol KCl溶于200mol水中的溶解热：

温度/ºC 溶解热/J 温度/ºC 溶解热/J 温度/ºC 溶解热/J 温度/ºC 溶解热/J

10 19979 15 19100 20 18297 25 17556

11 19795 16 18933 21 18146 26 17414

12 19623 17 18765 22 17995 27 17272

13 19447 18 18602 23 17849 28 17138

14 19276 19 18443 24 17703 29 17004

九、仪器附录

SWC–11C数字贝克曼温度仪

1．结构特点

数字贝克曼温度仪是一种用来精密测量体系始态和终态温度变化差值的数字温度温差测量仪。它的面板如图3.2所示，其结构是通过一个非线性传感器微变量测量补偿线路实现的。该线路采用双恒流源、非线性传感器、固定电阻、高阻抗差动放大器组件和线性补偿电阻以及零调电位器组成，该温度温

差测量仪解决了实验室的高精度温度温差

测量。由于它具有测温度和测温差两种功

能，因此在实验中可用它代替水银式贝克曼

温度计。

其主要特点如下：

图3.2 贝克曼温度计面板图

(1) 该仪器测量精度高，测量范围广，水

银式贝克曼温度计温度测量只可在-20℃至

+120℃范围内使用，而数字贝克曼温度仪可在—50℃至+150℃使用，温度测量分辨率可以达到0.01℃；温差(相对温度)测量范围可以达到199.99℃；温差测量分辨率为0.00l℃。

(2) 操作简单方便，安全可靠．还可和微机直接结合完成温度、温差的检测、控制自动化。

2．控制指标和技术条件

(1) 温度测量范围(温差基温范围等同)：－50ºC ~ +150℃(可扩展至199.99℃)；

(2) 温度测量分辨率：0.01℃；