溶解热的测定

溶解热的测定

一. 实验目的

1. 掌握用电热补偿法测定KNO 3的积分溶解热。

2. 用作图法求KNO 3的积分冲淡溶解热。

二. 实验原理

物质溶解过程的热效应称为溶解热,溶解热可以分为积分溶解热和微分溶解热两种。积分溶解热系指在定温定压条件下把1摩尔溶质溶解在n 0摩尔的溶剂中时所产生的热效应。由于过程中溶液的浓度逐渐改变,因此积分溶解热也称变浓溶解热,以Qs 表示。微分溶解热系指在定温条件下把1摩尔溶质溶解在无限量

的某一定浓度的溶液中时所产生的热效应,以n P T n

Q ,,)(∂∂表示。这种热效应也可视为定温定压条件下在定量的该浓度的溶液中加入dn 摩尔溶质时所产生的热效应dQ,两者之间的比值。由于过程中溶液的浓度实际上可视为不变,因此也称为定浓溶解热。

把溶剂加到溶液中,使之冲淡,其热效应称为冲淡热。冲淡热也分为积分冲淡热和微分冲淡热两种,通常都以对含有1摩尔溶质溶液的冲淡热而言。积分冲淡热系指在定温定压下把含1摩尔溶质及n 0摩尔溶剂的溶液冲淡到含溶剂为n 02时的热效应。微分冲淡热则指在含1摩尔溶质及n 01摩尔溶剂的无限量溶液中加入1摩尔溶剂的热效应,以n P T n Q ,,0

)(∂∂ 表示。 积分溶解热可以由实验直接测定,微分溶解热则可根据图形计算得到,如下图:

图中,AF 与BG 分别为将1摩尔溶质溶于n 01及n 02摩尔溶剂时的积分溶解

热Qs;BE 表示在含有1摩尔溶质的溶液中加入溶剂使溶剂量由n 01摩尔变到n 02摩尔过程中的积分冲淡热Q d 。

Q d =(Qs)n 02-(Qs)n 01=BG-AF

曲线在A 点的斜率等于该浓度溶液的微分冲淡热。

n P T n Q ,,0

)(∂∂ =AD/DC 在绝热容器中测定热效应的方法有四种:

1. 先测出量热系统的热容C,再根据反应过程中测得的温度变化ΔT,由ΔT 和C 之积求出热效应之值。

2. 先测出体系的起始温度T 0,当溶解过程中温度随反应进行而降低,再用电

热法使体系温度恢复到起始温度,根据所消耗电能求出热效应Q。

Q=I2Rt=IVt (焦尔)

式中I为通过电阻丝加热器的电流强度(安培),V为电阻丝的两端所加的电压(伏特),t为通电时间(秒)。这种方法称为电热补偿法。

本实验采用后一种方法测定KNO3在水中的积分溶解热,然后作Qs-n0图,在计算其它热效应。

三.仪器与试剂

杜瓦瓶量热器一只电磁搅拌器一台

精密温度计一支直流稳压器一台

直流伏特计一只直流安培表一只

滑线电阻一只停表一块

称量瓶八只毛笔一支

KNO3 C.P.

四. 实验步骤

1.取KNO3约26克置于研钵中磨细,放入烘箱在110℃下烘1.5-2小时,然后取

出放入干燥器中待用。

2.将8个称量瓶编号,并依次加入约2.5,1.5,2.5,2.5,

3.5,4,4,

4.5克KNO3,称量至

毫克,称量完毕,仍将称量瓶放入干燥器中待用。

图2 加热装置图3 电热补偿线路

3.在台称上称取216.2克的蒸馏水注入杜瓦瓶中,按图2装置量热器。

4.按图3接好线路,经教师检查后,接通电源,调节滑线电阻,使IV等于2.2(伏特.

安培)左右,保持电流和电压稳定。开启搅拌器,当水温慢慢上升到比室温高出0.5℃后,读取并记录准确温度,立即将已称好的第一份KNO3从加料漏斗中加入量热器中,同时用停表开始记录时间,(漏斗要干燥,用毛笔将残留在漏斗上的KNO3全部掸入量热器,然后用塞子塞住加料口)。读取电流电压值并记录(在实验过程中应随时注意电流和电压之值有否改变,若有微小变化,应随时调整)。加入KNO3后,溶液温度会很快下降,然后慢慢上升,直到温度上升到原温度时,记续测定,(测定必须连续进行,不能脱节),直至把份样品全部加完为止。

5.称量空的称量瓶,算出各次所加入的KNO3的重量。

6.测定完毕后,切断电源,将溶液倒入回收瓶中,将所用杜瓦瓶量热器冲淡洗干

净。

五. 数据处理

1. 计算水物质的量

2. 计算每次加入KNO3后的总重量W KNO3和通电的总时间。

3. 计算各次溶解过程的热效应。

Q=IVt=Kt (K=IV 焦尔/秒)

4. 将上述所算各数据分别换算,求出当把1摩尔KNO 3溶于n 0摩尔水中时的积分溶解热Qs 。

3331.101)(KNO KNO HNO s W Kt M

W Kt n Q Q === 3

20KNO O H n n n = 5. 将上数据列表作图,并从图中求得n 0=80,100,200,300和400摩尔处的积分溶解热和微分冲淡热;

6. 计算n 0从80 ─→100,100─→200,200─→300,300─→400的积分冲淡热。

六.思考题

1. 图3是一种电热补偿线路,你还能设计其它的电热补偿线路吗?但不论采用何种线路所得之IV 值总是有一定的近似,若要精确知道I,V 值,则又如何测定?

2. 本实验的装置是否适应于求放热反应的热效应?为什么?

3. 温度和浓度对溶解热有无影响?

溶解热的测定

物质溶解于溶剂的过程中一般伴随有热效应发生，这个热效应称为溶解热。溶质和溶剂的量不同，溶液的浓度不同，都会有不同的热效应。为此定义了二种溶解热：积分溶解热和微分溶解热。

积分溶解热：在恒温、恒压下，1mol 溶质溶解在 mol 溶剂中产生的热效应。以Q s 表示。由于溶解过程中溶液的浓度在逐渐变化，所以，Q s 也称为变浓溶解热。Q s 值随 变化。

微分溶解热：在恒温、恒压下，1mol 溶质溶于无限量的某一浓度的溶液中产生的热效应。由于溶解过程中，溶液的浓度可视为不变，所以也称为定浓溶解热。

把溶剂加到溶液中，使溶液冲淡的过程中也伴有热效应发生，称为冲淡热。冲淡热也有二种。积分冲淡热：在等温、等压下，某两种浓度的积分溶解热之差，以Q d 表示。微分冲淡热：在恒温、恒压下，1mol 溶剂加入到某一确定浓度的无限量的溶液中产生的热效应。

现有n (1)摩尔溶剂和n (2)摩尔溶质，在恒温、恒压条件下，溶解变为溶液，溶解热Q s