【清华】溶解热的测定--2006030027

溶解热的测定

吴大维 2006030027 生64 同组实验者：王若蛟

实验日期：2008年5月16日 提交报告日期：2008年5月30日

指导教师：张连庆

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02

n 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

3 结果与讨论 3.1 原始实验数据

平均室温：24.0o C

20H V =500ml

ρ

H20（24.0

o

C ）=0.9972995g/cm 3

浸入式加热器电阻阻值R = 14.321Ω

表1 溶解热测定的原始数据记录表

序号 总质量/g 剩余质量/g I/A t/S 溶解前h 溶解后h ∆溶解h 加热前h 加热后h ∆加热h

1 56.5018 51.0631 0.957 101 74.6 24.8 49.8 29.1 74.3 45.

2 2 57.4529 50.9950 0.958 146 74.6 19.2 55.4 20.6 83.4 62.8

3 58.191

4 51.485

5 0.959 143 83.5 27.8 55.7 27.9 88.3 60.4 4 59.2218 50.8412 0.958 143 88.4 20.3 68.1 21.9 82.2 60.3 5 59.2613 50.8545 0.958 142 82.3 15.7 66.

6 16.6 77.5 60.9 6 58.1312 51.0003 0.958 106 77.5 23.0 54.5 23.

7 72.4 48.7 7

57.1425

51.0097

0.958

105

72.6

27.9

44.7

28.0

71.2

43.2

h 值由雷诺作图法给出，详情见图2－3－3，h 值即为相应切线上规定点（如C 、D 、E 、F ）在记录纸上对应的格数。Δh 为两切线的雷诺作图法距离，实际上代表了加热或溶解前后的温差。

3.2 计算的数据、结果