实验四 溶解热的测定

实验四溶解热的测定

一、实验目的

1.用电热补偿法测定KNO3在不同浓度水溶液中的积分溶解热。

2.用作图法求KNO3在水中的微分冲淡热、积分冲淡热和微分溶解热。

二、预习要求

1.复习溶解过程热效应的几个基本概念。

2.掌握电热补偿法测定热效应的基本原理。

3.了解如何从实验所得数据求KNO3的积分溶解热及其它三种热效应。

4.了解影响本实验结果的因素有那些。

三、实验原理

1.在热化学中，关于溶解过程的热效应，引进下列几个基本概念。

溶解热在恒温恒压下，n2摩尔溶质溶于n1摩尔溶剂(或溶于某浓度的溶液)中产生的热效应，用Q表示，溶解热可分为积分(或称变浓)溶解热和微分(或称定浓)溶解热。

积分溶解热在恒温恒压下，一摩尔溶质溶于n0摩尔溶剂中产生的热效应，用Q s表示。

微分溶解热在恒温恒压下，一摩尔溶质溶于某一确定浓度的无限量的溶液

中产生的热效应，以表示，简写为。

冲淡热在恒温恒压下，一摩尔溶剂加到某浓度的溶液中使之冲淡所产生的热效应。冲淡热也可分为积分(或变浓)冲淡热和微分(或定浓)冲淡热两种。

积分冲淡热在恒温恒压下，把原含一摩尔溶质及n01摩尔溶剂的溶液冲淡到含溶剂为n02时的热效应，亦即为某两浓度溶液的积分溶解热之差，以Qd表示。

微分冲淡热在恒温恒压下，一摩尔溶剂加入某一确定浓度的无限量的溶液

中产生的热效应，以表示，简写为。

2.积分溶解热(Q S)可由实验直接测定，其它三种热效应则通过Q S—n0曲线求得。

设纯溶剂和纯溶质的摩尔焓分别为H m（1）和H m（2），当溶质溶解于溶剂变成溶液后，在溶液中溶剂和溶质的偏摩尔焓分别为H1，m和H2，m，对于由n1摩尔溶剂和n2摩尔溶质组成的体系，在溶解前体系总焓为H。

H=n1H m(1)+n2H m(2) (1)

设溶液的焓为H′，

H′=n1H1，m+n2H2，m (2)

因此溶解过程热效应Q为

Q =Δmix H=H - H= n1［H1。m –H m(1)］+n2［H2，m–H m(2)］

=n1Δmix H m(1)+n2Δmix H m(2) (3)

(3)式中，Δmix H m (1)为微分冲淡热，Δmix H m (2)为微分溶解热。根据上述定义，积分溶解热Q S为

（4）

在恒压条件下，Q=Δmix H，对Q进行全微分

（5）

上式在比值

恒定下积分，得

（6）全式以n2除之

（7）

因

（8）

则

（9）

将(8)、(9)代入(7)得:

（10）对比(3)与(6)或(4)与(10)式，

以Q S对n0作图，可得图1的曲线关系。在图1中，AF与BG分别为将一摩尔溶质溶于n01和n02摩尔溶剂时的积分溶解热Q S，BE表示在含有一摩尔溶质的溶液中加入溶剂，使溶剂量由n01摩尔

增加到n02摩尔过程的积分冲淡热Q d。

Q d=(Q S)n02 - (Q S)n01=BG – EG (11)

图1中曲线A点的切线斜率等于该浓度溶液的微分冲淡热。

切线在纵轴上的截距等于该浓度的微分溶解热。

图1 Q S—n0关系图

由图1可见，欲求溶解过程的各种热效应，首先要测定各种浓度下的积分溶解热，

然后作图计算。

图2 量热器示意图

1.贝克曼温度计；

2.搅拌器；

3.杜瓦瓶；

4.加样漏斗；

5.加热器。

3.测量热效应是在“量热计”中进行。量热计的类型很多，分类方法也不统一，按传热介质分有固体或液体量热计，按工作温度的范围分有高温和低温量热计等。一般可分为两类:一类是等温量热计，其本身温度在量热过程中始终不变，所测得的量为体积的变化，如冰量热计等;另一类是经常采用的测温量热计，它本身的温度在量热过程中会改变，通过测量温度的变化进行量热，这种量热计又可以是外壳等温或绝热式的等。本实验是采用绝热式测温量热计，它是一个包括量热器、搅拌器、电加热器和温度计等的量热系统，如图2所示量热计直径为

8cm、容量为350mL的杜瓦瓶，并加盖以减少辐射、传导、对流、蒸发等热交换。电加热器是用直径为0.1mm的镍铬丝，其电阻约为10Ω，装在盛有油介质的硬质薄玻璃管中，玻璃管弯成环形，加热电流一般控制在300mA～500mA。为使均匀有效地搅拌，可用电动搅拌器，也可按捏长短不等的两支滴管使溶液混合均匀。用贝克曼温度计测量温度变化。在绝热容器中测定热效应的方法有两种:

(1)先测定量热系统的热容量C，再根据反应过程中温度变化ΔT与C之乘积求出热效应(此法一般用于放热反应)。

(2)先测定体系的起始温度T，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。

Q=I2Rt=IUt

式中，I为通过电阻为R的电热器的电流强度(A);U为电阻丝两端所加电压(V);t 为通电时间(s).这种方法称为电热补偿法。

本实验采用电热补偿法，测定KNO3在水溶液中的积分溶解热，并通过图解法求出其它三种热效应。

四、仪器药品

1.仪器

杜瓦瓶1套; 直流稳压电源(1A，0V～30V)1台; 直流毫安表（0.5级，

250mA～500mA～1000mA）1只; 直流伏特计(0.5级，0V～2.5V～5V～10V)1只; 贝克曼温度计(或热敏电阻温度计等)1只; 秒表1只; 称量瓶(25mm×25mm)8只; 干燥器1只; 研钵1个; 放大镜1只;同步电机1个。

2.药品

KNO3(化学纯)。

五、实验步骤

1.稳压电源使用前在空载条件下先通电预热15min。

2. 将8个称量瓶编号，依次加入在研钵中研细的KNO3，其重量分别为2.5g、1.5g、2.5g、2.5g、

3.5g、4g、4g和

4.5g，放入烘箱，在110℃烘1.5h～2h，取出放入干燥器中(在实验课前进行)。