溶解热的测定

实验三溶解热的测定

1 实验目的及要求

1.了解电热补偿法测定热效应的基本原理。

2.通过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。

2实验原理

1）物质溶解于溶剂过程的热效应称为溶解热。它有积分溶解热和微分溶解热两种。前者指在定温定压下把1摩尔溶质溶解在n摩尔的溶剂中时所产生的热效应，由于过程中溶液的浓度逐渐改变，因此也称为变浓溶解热以Q表示。后者指在定温定压下把1摩尔溶质溶解在无限量的某一定浓度的溶液中所产生的热效应。由于在溶解过程中溶液浓度可实际上视为不变，因此也称为定浓溶解热，以

表示。

把溶剂加到溶液中使之稀释，其热效应称为冲淡热。它有积分(或变浓)冲淡热和微分(或定浓)冲淡热两种。通常都以对含有1摩尔溶质的溶液的冲淡情况而言。前者系指在定温定压下把原为含1摩尔溶质和n01摩尔溶剂的溶液冲淡到含溶剂为n02时的热效应，亦即为某两浓度的积分溶解热之差，以Q d表示。后者系1摩尔溶剂加到某一

浓度的无限量溶液中所产生的热效应，以

2）积分溶解热由实验直接测定，其它三种热效应则可通过Q s～n0曲线求得：

设纯溶剂、纯溶质的摩尔焓分别为和，溶液中溶剂和溶质的偏摩尔焓分别为和，对于n1摩尔溶剂和n2摩尔溶质所组成的体系而言，在溶剂和溶质未混合前

（4.1）

当混合成溶液后

（4.2）

因此溶解过程的热效应为

（4.3）式中△H1为溶剂在指定浓度溶液中溶质与纯溶质摩尔焓的差。即为微分溶解热。根据积分溶解热的定义：

（4.4）

所以在Q s～n01图上，不同Q s点的切线斜率为对应于该浓度溶液的微分冲淡热,即

该切线在纵坐标的截距OC,即为相应于该浓度溶液的微分溶解热.而在含有1摩尔溶质的溶液中加入溶剂使溶剂量由n02摩尔增至n01摩尔过程的积分冲淡热

Q d=(Q s)n01一(Q s)n02= BG—EG。

3）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。

先测定体系的起始温度T，当反应进行后温度不断降低时，由电加热法使体系复原至起始温度，根据所耗电能求出其热效应Q。

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

图Q s～n0图

3 仪器与药品

反应热测量数据采集接口装置1台，数字式直流稳流电源1台，量热计(包括杜瓦瓶，搅拌器，加热器)1套，称量瓶8只(20×40mm)，1只(35×70mm)，毛笔1支，硝酸钾(A．R．)约26g。

4 实验步骤

1）称取硝酸钾26g。(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。在台称上称量，依次加入约2.5、1.5、2.5、3.0、3.5、4.0、4.0和4.5g的硝酸钾，再至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）在台天平上称取216.2g蒸馏水于杜瓦瓶内，按附录：系统连接图接妥线路。

4）打开反应热测量数据采集接口装置电源, 将温度传感器擦干置于空气中,预热3分钟.同时将加热器放入装有自来水的杯中,但不要打开恒流源及搅拌器电源.将称量好的蒸馏水放入量热器中。

5）打开微机电源, 运行SV*.EXE，进入系统初始界面，选择确定键，进入主界面，按下开始实验按钮,根据提示开始测量当前室温。这时可打开恒流源及搅拌器电源。

6）室温测好后,测量加热器功率并调节恒流源，使加热器功率在2.25w-2.3w之间.调节好后将加热器置于量热器的蒸馏水中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阻丝相接触）。这时不要再调动功率。

7）当采样到水温高于室温0.5度时，由电脑提示加入第一份KNO3，同时电脑会实时记下此时水温和时间。

8）加入KNO3后溶解，水温下降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，根据电脑提示加入第二份KNO3,同时电脑计下时间。统计出每份KNO3溶解电热补偿通电时间。

9）重复上一步骤直至第八份KNO3也加完。10. 根据电脑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份样品的通电累计时间值自动保存在c:\svfwin\dat

目录下的文件中。）

5数据处理

数据处理菜单中有‘以当前数据处理’、‘保存数据到文件’、‘读取数据文件’、‘打印’、四个子菜单项和‘退出’功能按钮。

1）回到系统主界面按下数据处理菜单并从键盘输入水的质量和各份的样品质量。检查无误后再按下‘以当前数据处理’钮，则软件自动计算出每份样品的Qs, n o和n o为80、100、200、300、400时KNO3的积分溶解热、微分溶解热、微分冲淡热，n o从80-100、100-200、200-300、300-400时KNO3的积分冲淡热。在显示器的右上角有一‘下一页’按钮，按此按钮出现计算机自动画的“Qs-n o”图，再按‘打印’按钮即可打印处理的数据和图表。

2）如果需要保存当前数据到文件，则按‘保存数据到文件’按钮，然后根据提示输入文件名按‘OK’保存数据。

3）如果需要调以前实验的数据来处理，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。

附录：系统连接图如下：

具体接线方法如下：（图见附录）将恒流源输出正端与加热器相接，加热器另一端接入电流输入通道上端（+）。电流输入通道下端（-）接恒流源输入负端。

a.将恒流源输出正端与电压输入通道上端（+）相接，将恒流源输出负端与电压输入通道下端（-）相接。

b.温度传感器用于测温。

将串行通讯线缆一端接仪器后面板上的串行口接口插座，另一端接计算机的串行口1。（注意：一定要接计算机串行口1。）此串行通讯线缆两端通用。

6 实验注意事项

1)本实验应确保样品充分溶解，因此实验前加以研磨，实验时需有合适的搅拌速度，加入样品时速度要加以注意，防止样品进入杜瓦瓶过速，至使磁子陷住不能正常搅拌，但样品如加得太慢也会引起实验的故障。

搅拌速度不适宜时，还会因水的传热性差而导致Q。值偏低。甚至会使Q，～n。图变形。

2)实验过程中加热时间与样品的量是累计的，切不可在中途停止实验。

3)实验结束后，杜瓦瓶中不应存在硝酸钾的固体，否则需重做实验。

7 思考题

1)本实验装置是否适用于放热反应的热效应求测?