测定冰的溶解热

测定冰的溶解热

一、 实验目的

1. 通过实验进一步巩固热学基本概念，如温度、热量、比热及熔解热等；

2. 了解量热学的基本方法—混合法。 二、 实验仪器

量热器、温度表、搅拌器、物理天平、量筒、蒸馏水、冰及干毛巾。 量热器示意图如右图： 三、 实验原理

一定压强下晶体开始熔解时的温

度，称为该晶体在此压强下的熔点。1克质量的某种晶体熔解成为同温度的液体所吸收的热量，叫做该晶体的熔解潜热，亦称熔解热。

本实验用混合量热法来测定冰的熔解热。它的基本作法是：把待测的系统A 和一个已知其热容的系统B 混合起来，并设法使它们形成一个与外界没有热量交换的孤立系统C ，(C ＝A+B)。这样A(或B)所放出的热量，全部为B(或A)所吸收。因为已知热容的系统在实验过程中所传递的热量Q ，是可以由其温度的改变δT 和热容C s 计算出来的，即Q ＝C s δT ，因此，待测系统在实验过程中所传递的热量也就知道了。

由此可见，保持系统为孤立系统，是混合量热法所要求的基本实验条件。这要从仪器装置、测量方法以及实验操作等各方面去保证。如果实验过程中与外界的热交换不能忽略，就要作散热或吸热修正。

传递热量的方式有三种：传导、对流和辐射。因此，必须使实验系统与环境之间的传导、对流和辐射都尽量减少，本实验中的量热器基本能满足这样的要求。温度是热学中的一个基本物理量。量热实验中必须测量温度。一个系统的温度，只有在平衡态时才有意义，因此计温时必须使系统温度达到稳定而且均匀。用温度计的指示值代表系统 温度，必须使系统与温度计之间达到热平衡。

若有M 克T 1℃的冰(设在实验室环境下其熔点为T 0℃)与m 克T 2℃的水混合。冰全部熔解为水后的平衡温度为T 3℃。设量热器的内筒和搅拌器的质量分别为m 1、m 2，比热容分别为c 1、c 2。温度计的热容为δm 。已知冰的比热容(一40—0℃)为0．43 ca1／g ·℃。如果实验系统为孤立系统，将冰投入盛有T 2℃水的量热器中，则有：

013001122230.43()()()()m M T T ML M T T mc m c m c T T δ-++-=+++- （1） 式中L 为冰的熔解热。取水的比热容c 0为1cal ／g ·℃。

在我们实验室条件下，冰的温度可认为是0℃，即T 1＝0℃，冰的熔点也可以认为是0℃，即T 0＝0℃，所以冰的熔解热

0112223301

()()m L mc m c m c T T T c M δ=

+++--

（2） 温度计是由玻璃和水银制成的，玻璃的比热容为0.19 cal ／g ·℃密度约为2.58 g ／cm 3，水银的比热容为0.033 cal ／g ·℃密度为13.6 g ／cm 3，因而1 cm 3玻璃的水当量等于 0.19 2.50.47/cal C ⨯=︒

1 cm 3水银的水当量等于

0.03313.60.45/cal C ⨯=︒

故通常计算水银温度计的水当量只须求得浸入液体部分的体积V （单位：cm 3），然后乘以0.46，即 0.46/m Vcal C δ=︒

于是式（2）即为

0112223301

(0.46)()L mc m c m c V T T T c M =

+++-- （3）

测量m 1、m 2、m 、M 、V 及 T 2 、T 3便可求得冰的熔解热L 。 为了尽可能使系统与外界交换的热量达到最小，除了使用量热器以外。存实验的操作过程中也必须予以注意。例如不应当直接用手去把握量热器的任何部分；不应当在阳光的直接照射下或空气流动太快的地方进行实验；冬天要避免接近热源作实验等。此外，由于系统与外界温度差越大时，在它们之间传递热量越快，时间越长。传递的热量越多。因此在进行量热实验时要尽可能使系统与外界温度差小，并尽量使实验过程进行得迅速。 尽管注意到了上述的各个方面，但除非系统与环境的温度时时刻刻完全相问、否则就不可能完全达到绝热的要求。因比在作精密测量时，就需要采用一些办法来求出实验过程中实验系统究竟散失或吸收了多少热量。在系统与环境温度差不大时，这种修正是根据牛顿冷却定律来进行的。

四、 实验内容及数据处理

1. 用物理天平分别称量出两个量热器和搅拌器的质量m 1和m 2。

2．将实验用的水温T 加热到约比室温高3℃~5℃。然后注入量热器内筒（约为容积的2/3左右），用天平测出水的质量m ，并用量筒测出温度表浸入液体中的体积V 。

3．盖好量热器的盖子，插入温度计，轻轻地搅拌，待系统温度稳定后记下温度计的示值T 2。

4．用干净的毛巾擦去冰块上的附水，揭开盖子将冰块迅速而轻轻地放入水中，立即盖好盖子，轻轻搅拌并注视温度计，此时温度逐渐下降，到温度不再下降时，可观察一下冰块是否完全熔解，待冰块正好熔完时，记下系统的温度T 3。

5．用天平称出量热器内筒、搅拌器及混合后液体的总质量，减去m 1 、m 2和m 后即为冰块的质量M 。

6．将以上测得的实验数据代入（3）式，计算L 1值。

7．在分析上次实验情况的基础上，确定初温T 2及冰的质量M 等值上大体上应取多少，然后再重复步骤2~6，计算L 2值。

8．求出两次实验的平均值，并与标准值（L =80 cal/g ）比较，求出相对误差。 量热器内筒及搅拌器的比热容、由实验室给定。

0由（3）式计算得： L 1=87.5 cal ／g L 2=73.1 cal ／g

L3=69.6 cal／g

三次冰的熔解热的平均值：

76.8 / L cal g =

L的相对误差：

8076.8

100%4%

80

L

E

-

=⨯=

五、实验注意事项