溶解热的测定

溶解热的测定
[适用对象] 药学、药物制剂、中药学、制药工程、中药学（国际交流方向）、生物工程专业
[实验学时] 3学时
一、实验目的
1、用量热法测定KNO3在水中的溶解热。
2、掌握测温量热的基本原理和测量方法。
3、了解量热法测定积分溶解热的基本原理。
二、实验原理
物质溶解时常伴有热效应，此热效应称为该物质的溶解热。
物质的溶解热通常包括溶质晶格的破坏和溶质分子或离子的溶剂化。其中，晶格的破坏常为吸热过程，溶剂化作用常为放热过程，溶解热即为这两个过程的热量的总和。而最终是吸热或放热则由这两个热量的相对大小所决定。
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，根据物质在溶解过程中溶液浓度的变化，溶解热分为变浓溶解热和定浓溶解热，变浓溶解热又称积分溶解热，为定温定压条件下一摩尔物质溶于一定量的溶剂形成某浓度的溶液时，吸入或放出的热量，定浓溶解热又称微分溶解热，为定温定压条件下一摩尔物质溶于大量某浓度的溶液时，产生的热量。
积分溶解热可用量热法直接测得，微分溶解热可从积分溶解热间接求得，方法是，先求出在定量溶剂中加入不同溶质时的积分溶解热，然后以热效应为纵坐标，以溶质摩尔数为横坐标绘成曲线，曲线上的任何一点的斜率即为该浓度时的微分溶解热。
量热法测定积分溶解热，通常在被认为是绝热的量热计中进行，首先标定该量热系统的热容量，然后通过精确测量物质溶解前后因吸热或放热引起量热体系的温度变化，来计算溶解过程的热效应，并据此计算物质在该溶液温度、浓度下的积分溶解热。
1．量热系统热容量的标定
用一已知积分溶解热的标准物质，在量热计中进行溶解，测出溶解前后量热系统的温度变化值ΔTS ，则量热系统的热容C可以根据下式计算：


式中mS和MS分别为标准物质的质量和摩尔质量，ΔHS为标准物质在某溶液温度及浓度下的积分溶解热，此值可由手册上查得，C为量热系统的热容。
2．积分溶解热的测定 将上式用于待测物质即得：


式中m和M分别为待测物质的质量和摩尔质量，ΔT为待测物质溶解前后量热系统的温度变化值；C为已标定的量热系统的热容。
三、仪器设备
溶解热测定装置 一套（见图1）
（1.贝克曼温度计；2.搅拌器；
3.杜瓦瓶；4.加样漏斗；5.加热器。）
天平（感量0.1g） 一台
秒表（1/10 S） 一块
干燥器 一个
放大镜 一个
500ml容量瓶 一个
20ml 称量筒 二个
KNO3 (A.R.) 固体
KCl (A.R.) 固体

图1
四、相关知识点
本课程知识点综合：
（一）贝克曼温度计构造及使用
1．结构特点
贝克曼（Beckmann）温度计是一种用来精密
测量体系始态和终态温度变化差值的水银温
度计。它的构造如图2所示，其主要特点如下：
（1）、刻度精细刻线间隔为0.01℃，用放大镜
可以估读至0.002℃，因此测量精密度较高。 图2
（2）、温差测量 由于水银球中的水银量是可变的，因测水银柱的刻度值就不是温度的绝对读数，只能在5～6℃量程范围内读出温度差△T。
（3）、使用范围较大 可在－20℃至＋120℃范围内使用。这是因为在它的毛细管上端装有一个辅助水银贮槽，可用来调节水银球中的水银量，因此可以在不同的温度范围内使用。例如，在量热技术中，可用于冰点降低、沸点升高及燃烧热等测量工作中。
2．使用方法
这里介绍两种温度量程的调解方法：
（1）恒温浴调解法
（a）首先确定所使用的温度范围。例如测量水溶液凝固点的降低需要能读出1℃至－5℃之间的温度读数；测量水溶液沸点的升高则希望能读出99℃至105℃之间的温度读数；至于燃烧热的测定，则室温时水银柱示值在2至3℃之间最为适宜。
(b)根据使用范围，估计当水银柱升至毛细管末端弯头处的温度值。一般的贝克曼温度计，水银柱由刻度最高处上升至毛细管末端，还需要升高2℃左右。根据这个估计值来调节水银球中的水银量。例如测定水的凝固点降低时，最高温度读数拟调节至1℃，那么毛细管末端弯头处的温度应相当于3℃。
(c)另用一恒温浴，将其调至毛细管末端弯头所应达到的温度，把贝克曼温度计置于该恒温浴中，恒温5℃以上。
(d)取出温度计，用右手紧握它的中部，使其近乎垂直，用左手轻击右手小臂。这时水银即可在弯头处断开。温度计从恒温浴中取出后，由于温度差异，水银体积会迅速变化，因此，这一调节步骤要求迅速、轻快，但不必慌乱，以免造成失误.
(e)将调节好的温度计置于预测温度的恒温浴中，观察其读数值，并估计量程是否符合要求。例如实验二凝固点降低法测摩尔量中，可用0℃的冰水浴予以检验，如果温度值落在3～5℃处，意味着量程合适。若偏差过大，则应按上数步骤重新调节。
(2)标尺读数法
对操作比较熟练的人可采用此法。该法是直接利用贝克曼温度计上部的温度标尺，而不必另外用恒温浴来调节，其操作步骤如下：
(a)首先估计最高使用温度值。
(b)将温度计倒置，使水银球和毛细管中的水银徐徐注入毛细管末端的球部，再把温度计慢慢倾斜，使贮槽中的水银与之相连接。
(c)若估计值高于室温，可用

温水，或倒置温度计利用重力作用，让水银流入水银贮槽，当温度标尺处的水银面到达所需温度时，如图3－3那样轻轻敲击，使水银柱在弯头处断开；若估计值低于室温，可将温度计浸与较低的恒温浴中，让水银面下降至温度表尺上的读数正好到达所需温度的估计值，同法使水银柱断开。
(d)与上法同，实验调节的水银量是否合适。
注意事项
1、贝克曼温度计由薄玻璃制成，比一般水银温度计长得多，易受损坏。所以一般应放置温度计盒中，或者安装在使用仪器架上我，或者握在手中。不应任意放置。
2、调节时，注意勿让它受剧热或剧冷，还应避免重击。
3、调节好的温度计，注意勿使毛细管中的水银柱再与贮槽里的水银相连接。
多课程知识点综合：
（一）溶解热的其他测量方法
溶解热测定基本上是采用量热法进行测定，只是具体方法有些差别，有人采用已知标准物质的积分溶解热（例如用KCl作为标准物质），进行量热计的标定，从而求出量热计的恒压比热容，进而求出待测物质的积分溶解热。
（二）溶解热在药学中的应用
固体药物在被生物体吸收前首先溶解，其溶解时吸热或放热对溶出有较大影响，特别对溶解速度影响尤其明显，溶解热与药物的结晶形式也有关，同时熔解热也是重要的物理化学参数。
五、实验步骤
（一）调节好贝克曼温度计。
调节要求是，当把贝克曼温度计浸入到作为本实验的溶剂的水中时，温度计水银柱面的位置应在温度刻度的上半部。
（二）测定量热系统的热容
本实验采用已知氯化钾在水中的溶解热来标定量热计热容K不同温度下1molKCl溶于200ml水中的积分溶解热见附录
1、量热系统初始温度T始’的测定
用500ml量筒准确量取360ml蒸馏水，加入杜瓦瓶中，盖严杜瓦瓶瓶塞及加样孔的孔塞。用搅拌器以一定的速度搅拌(速度不宜过快)，使蒸馏水与量热系统的温度基本稳定后。每分钟用放大镜准确读数一次，读准至0.002°，连续五分钟读数时可以认为已达到平衡，此温度即为T始’。 T始’温度读数要求在贝克曼温度计刻度的上半部。
2、测量溶解中止时量热系统的温度T终’
打开加样孔的孔塞，换上洗净干燥的短颈小玻璃漏斗，把预先称好并置于干燥器中保存的约7.5±0.01g分析纯KCl，经漏斗迅速、全部地到入杜瓦瓶中，加完试样取下漏斗，换上加样孔塞。用搅拌器缓慢用500ml量筒准确量取360ml蒸馏水，加入杜瓦瓶中，盖严杜瓦瓶瓶塞及加样孔的孔塞。用搅拌器缓慢、均匀地搅拌。连续五分钟温度读数时可以认为已达到平衡，此温度即为T终’。最后用普通水银温度计量出量热计中溶液的温度。
3、酸钾积

分溶解热的测定
用硝酸钾(其重量按5.1gl?KNO3 蒸馏水仍为360mol)代替氯化钾重复以上操作。测出T始’、 T终’。
4．实验结束，洗净，晾干量热装置。（若时间允许，可重复测量，保证重复测定值的精确度在2％以内。）
六、实验报告要求
实验完毕，应尽快写出实验报告，及时交上。实验报告一般包括以下内容：
实验（编号） 实验名称
专业 班级 姓名 合作者 实验日期
实验报告应写出如下内容：
（一）实验目的
（二）实验原理
用文字、化学反应式及计算公式等说明，既要表述正确、条理清楚，又要尽可能的简捷明了。（对于本实验，应画出实验装置图。）
（三）主要试剂和仪器
列出本实验中所要使用的主要试剂仪器。
（四）实验步骤
应简明扼要地写出本实验步骤流程和操作要点。
（五）实验数据及其处理
1、计算量热系统得热容。
2、计算KNO3的积分溶解热
（六）问题讨论
结合物理化学中有关理论对实验中的现象、产生的差错和实验误差等进行讨论和分析，以提高自己分析问题、解决问题的能力，也为以后的科学研究打下一定的基础。
七、思考题
1、为什么只做膨胀功的绝热体系在等压过程中总焓不变？
2、为什么要缓慢，均匀地搅拌？
3．蒸馏水与保温瓶温度不平衡，对测定有何影响？
4．KCl的溶解过程是吸热还是放热过程。
八、实验成绩评定办法
本实验成绩按如下五级标准进行考核评定。参考标准如下：
（一）优秀（很好）
能正确理解实验的目的要求；能独立、顺利而正确地完成各项实验操作；会分析和处理实验中遇到的问题；能掌握所学的各项实验技能；能较好地完成实验报告及其它各项实验作业；有一定创造精神和能力；有良好的实验室工作作风和习惯。
（二）良好（较好）
能理解实验的目的和要求，能认真而正确地完成各项实验操作；能分析和处理实验中遇到的一些问题；能掌握绝大部分所学的实验技能，对难点较大的操作完成有困难；能一般完成实验报告和其它实验作业；有较好的实验习惯和工作作风。
（三）中等（一般）
能基本上理解实验目的要求；能认真努力进行各项实验操作，但技巧较差；能分析和处理实验中一些较容易的问题，掌握实验技能的大部分，有30%掌握得不好；能一般完成各项实验作业和报告；处理问题缺乏条理，工作作风较好；能认真遵守各项规章制度，学习努力。
（四）及格（较差）
只能机械地了解实验内容；能一般按图或按实验步骤“照方抓药”完成实验操作；能完成60%所学的实验技能，有些虽可做但不准确

；遇到问题常常缺乏解决的办法，在别人启发下能作些简单处理，但效果不理想；能一般完成实验报告；能认真遵守实验室各项规章制度，工作中有小的习惯性缺点（如工作无计划，处理问题缺乏条理）。
（五）不及格（很差）
实验中只能盲目地“照方抓药”，所学实验技能只掌握不足60%；有些实验虽能做，但效果不好，操作不正确；工作忙乱无条理；一般能遵守实验室规章制度，但常有小的错误；实验报告错误较多，遇到问题解释不清，在教师指导下完成各项实验作业仍有难度；或有些小聪明但不努力，不求上进。








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EMBED Equation.3

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