测定冰的溶解热

测定冰的熔解热

一定压强下晶体物质熔解时的温度，也就是该物质的固态和液态可以平衡共存的温度，称为该晶体物质在此压强下的熔点。单位质量时的晶体在熔点时以固态全部变成液态所需要的热量，叫做该晶体物质的熔解热。

一、实验目的：

1．学习用混合量热法测定冰的熔解热。

2．应用有物态变化时的热交换定律来计算冰的溶解热。 3．了解一种粗略修正散热的方法。 二、实验仪器：

DM-T 数字温度计、LH-1量热器、WL-1物理天平、保温瓶、秒表、毛巾等 三、实验原理

用混合量热法可测定冰的熔解热，它是把待测系统 A 和一个已知热容的系统 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 △T 和热容 C 计算出来，即 Q = C △T ，因此待测系统在实验过程中所传递的热量也就知道了。

实验时，量热器装有热水（约高于室温10℃，占内筒容积1/2），然后放入冰，冰溶解后混合系统将达到热平衡。此过程中，原实验系统放热，设为 Q 放 ，冰吸热溶成水，继续吸热使系统达到热平衡温度，设吸收的总热量为 Q 吸。

因为是孤立系统，则有 Q 放= Q 吸 （1）

设混合前实验系统的温度为T 1，其中热水质量为m 1（比热容为c 1），内筒的质量为m 2（比热容为c 2），搅拌器的质量为m 3（比热容为c 3）。冰的质量为 M （冰的温度和冰的熔点均认为是0℃，设为T 0），数字温度计浸入水中的部分放出的热量忽略不计。设混合后系统达到热平衡的温度为T ℃，冰的溶解热由L 表示，根据（1）式有 M L +M c 1（T- T 0）=（m 1 c 1+ m 2 c 2+ m 3 c 3）（T 1- T ） 因T r =0℃，所以冰的溶解热为：11223311()()

m c m c m c T T L T c M

++-=

- （2）

由于实验系统不可能与环境温度始终一致，因此不满足绝热条件，可能会吸收或散失能量。牛顿冷却定律告诉我们，系统的温度T s 如果略高于环境温度 θ（如两者的温度差不超过 10℃-15℃），系统热量的散热速率与温度差成正比，用数学形式表示为 ()s dQ

K T dt

θ=-

【K 为常数，与量热器表面积，表面情况和周围环境等因素有关】

【散热修正】：通过作图用外推法可得到混合时刻的热水温度T 1'，和热平衡的温度T'。

图中AB 和DE 分别表示热水的温度和冰水混合后系统达到热平衡的温

度随时间变化线段。纪录冰水混合后系统达到室温T 0的时刻t 0，图中面积

BCG 与系统向环境散热量有关，面积CDH 与系统自环境吸热量有关。当面积BCG 等于面积CDH 时，过t 0作t 轴的垂线，与AB 和DE 的延长线分别交于J 、K 点，则J 对应的温度为T 1'，K 对应的温度为T'。(隔30s 或60s 测一个点)

四、实验要求：自拟实验步骤，设计数据记录表格，测定冰的熔解热，并进行系统吸（散）热修正。 五、注意事项：

1．在实验过程中，应不断对系统加以搅拌，以使系统中各处温度均匀，并加快冰的熔解。 2．搅拌动作要轻，幅度不要太大，以免将水溅到量热筒外。 3．取水时，应用毛巾将冰上所沾水珠吸干（为什么？）

【已知参数】：水的比热容c 1=4.186×103J /kg ·℃，内筒(铁)的比热容为c 2=0.448×103J /kg ·℃，搅拌器 (铜)的比热容为c 3=0.38×103J /kg ·℃，搅拌器的质量为m 3=6.24g ，冰的溶解热参考值L =3.335×105J /kg

J

K

T 1

T 1'

T T'

θ

【数据表格】

测定冰的熔解热实验数据表格

班级序号姓名教师签字日期

【数据处理】计算冰的溶解热L及其相对误差。

【思考题】

1．冰块投入量热器内筒时，若冰块外面附有水，将对实验结果有何影响（只需定性说明）？2．整个实验过程中为什么要不停地轻轻搅拌？分别说明投冰前后搅拌的作用。