实验一 溶解热测定的实验讲义

实验一 溶解热的测定
1 实验目的
1.了解热效应测定的基本原理
2.学会使用电热补偿法测定硝酸钾在水中的积分溶解热
3.学会用作图法求出硝酸钾在水中的微分溶解热、积分稀释热和微分稀释热
4.掌握溶解热测定仪的使用
2 实验原理
物质溶于溶剂中，一般伴随有热效应的发生，热效应的大小和符号取决于溶剂及溶质的性质和它们的相对量。

物质溶解过程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。

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。

（1）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。

（2）摩尔积分溶解热 在恒温、恒压下，1 mol 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 H m 表示。

sol sol m B H
H n ∆∆= （1）
式中，n B 为溶解于溶剂A 中的溶质B 的物质的量。

（3）摩尔微分溶解热 在恒、温恒压下，1 mol 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(ð∆sol H
ðn B )T,P,n A 表示，简写为(ð∆sol H ðn B )n A。

（4）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，又称为冲淡热。

（5）摩尔积分稀释热 恒温、恒压下，在含有1 mol 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 H m 表示。

21dil m sol m sol m H H H ∆=∆-∆ （2）
式中，∆dil H m2、∆dil H m1为两种浓度的摩尔积分溶解热。

（6）摩尔微分稀释热 在恒温、恒压下，1 mol 溶剂加入到某一浓度无限量的溶
液中所发生的热效应，以(ð∆sol H
ðn A )T,P,n B 表示，简写为(ð∆sol H ðn A )n B。

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 H =∫(n A ,n B ) （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n 0=n A /n B ，（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 H m 可由实验测定，n 0由实验中所用的溶质和溶剂的物质的量计算得到。

作出∆sol H m ~n 0曲线，见图1。

曲线某点（n 01）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n 02点的摩尔溶解热与n 02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n 0，而各次热效应总和即为该浓度下的溶解热。

因本实验测定KNO3在水中的溶解是一个吸热过程，一定量的硝酸钾溶解在水中会使得水的温度下降。

用一个电热丝对溶液进行加热，利用电热补偿法可以使体系回到加入硝酸钾前的温度值，根据这段时间里所消耗的电能就可以获得KNO3在水中的积分溶解热
∆sol H=Q=IVt（7）
式中，I为电流强度（A）；V为加热电压（V）；t为通电加热时间（s）。

3 仪器及试剂
SWC-RJ溶解热测定装置：含恒流源、测定装置、温差测量仪
天平，玻璃干燥器，称量瓶，台秤，硝酸钾（研细，烘干）等。

4 实验步骤
1．用电源线将仪器后面板的电源插座与～220V电源连接，将传感器插头接入传感器座，用配置的加热功率输出线接入“I+”、“I-”、“红—红”、“兰—兰”。

2．打开电源开关，仪器处于待机状态，待机指示灯亮，如图所示：
3．称样：取8个称量瓶，先称出空瓶质量，再依次加入1.5g、2.5g、2.5g、
3.0g、3.5g、
4.0g、4.0g和4.5g硝酸钾。

称完后盖上瓶塞，依次放入干燥器
中待用。

在杜瓦瓶中称取水m(H2O)=216.8g，放入磁珠，拧紧瓶盖，并放在固定架上。

4. 连接装置：将O 型圈套入传感器，调节O 型圈使传感器浸入蒸馏水约100 mm ，把传感器探头插入杜瓦瓶内（注意：不要与瓶内壁相接触），记录当前室温。

5. 按下“状态转换”键，使仪器处于测试状态（即工作状态）。

调节“加热功率调节”旋钮，使功率P=2.5W 左右。

调节“调速”旋钮使搅拌磁珠为实验所需要的转速。

6. 实验时，因加热器开始加热初时有一滞后性，故应先让加热器正常加热，使温度高于环境温度0.5℃左右，按下“状态转换”键，使仪器处于待机状态。

待样品温度基本稳定后，按下“温差采零”。

按下“状态转换”键，使仪器处于测试状态。

立刻打开杜瓦瓶的加料口，按编号加入第一份样品，并同步计时。

盖好加料口塞，观察温差的变化，此时温差值将继续上升一点后开始下降，下降一段时间后温差上升，当温差上升至零时，加入第二份样品，并同步记录计时器显示时间，依次类推，加完所有的样品。

7. 测量结束后，在同一台分析天平上称取8个空称量瓶的质量，根据两次质量之差计算加入的硝酸钾质量。

8. 实验结束后，按“状态转换”键，使仪器处于“待机状态”。

将“加热功率调节”旋钮和“调速”旋钮左旋到底，关闭电源开关，拆去实验装置。

9. 用蒸馏水清洗杜瓦瓶、称量瓶、磁珠等，放入烘箱烘干。

整理实验台，关上仪器箱。

5 数据处理
1. 计算O H n 2。

2. 计算每次加入硝酸钾后的累计质量3kNO m 和通电时间t 。

3. 计算每次溶解过程中的热效应。

Q = IVt = Kt （J ）
式中 K = IV
4. 将算出的Q 值进行换算，求出当把1摩尔硝酸钾溶于n 0摩尔水中的积分溶解热∆sol H m 。

3
3331.101/sol KNO KNO KNO KNO m m Kt M m Kt n Q
H ===∆ 320KNO O
H n n n =
5. 将以上数据列表并作∆sol H m ～ n 0图，从图中求出n 0=80，100，200，300和
400处的积分溶解热和微分稀释热。

以及n 0从80→100，100→200，200→300，300→400的积分稀释热。

6 讨论
包括对实验现象的分析和解释、对实验结果的误差分析、对实验的改进意见、心得体会等
7 注意事项
1. 实验开始前，插入测温探头时，要注意探头插入的深度，防止磁珠和测温探
头相碰，影响搅拌。

另外，实验前要测试磁珠的转速，以便在实验中选择适当的转速控制档位。

2. 进行硝酸钾样品的称量时，称量瓶要编号并按顺序放置，以免次序错乱而导
致数据错误。

另外，固体硝酸钾易吸水，称量和加样动作应迅速。

3. 本实验应确保样品完全溶解，因此，在进行硝酸钾固体称量时，应选择粉末
状的硝酸钾。

4. 实验过程中要控制好添加样品的速度，若速度过快，将导致磁珠陷住，不能
正常搅拌，影响硝酸钾的溶解；若速度过慢，一方面会导致加热过快，温差始终在零点以上，无法读到温差为零点的时刻，另一方面可能会造成环境和体系有过多的热量交换。

5. 加入每一份样品时，温差值将继续上升一点后再下降，下降一段时间后温差
再上升，必须等温差上升到零度时才可以加入下一份样品。

6. 实验必须连续进行，一旦开始加热就必须把所有的测量步骤做完，测量过程
中不能关掉各仪器点的电源，也不能停止计时，以免温差零点变动以及计时错误。

7. 待机状态，加热电源无输出。

工作状态，加热电源自动输出，并在由“待
机”转换至“测量”瞬间，温差自动采零并锁定基温。

8. 实验结束后应检查杜瓦瓶中是否有硝酸钾固体残余，若硝酸钾未全部溶解，所
得实验结果偏差大。

8 思考题
1. 如果反应是放热的如何进行实验？
2. 温度和浓度对溶解热有无影响？如何从实验温度下的溶解热计算其它温度下
的溶解热？。