实验四 溶解热的测定.doc

实验四 溶解热的测定一、实验目的 1.用电热补偿法测定KNO3在不同浓度水溶液中的积分溶解热。 2.用作图法求KNO3在水中的微分冲淡热、积分冲淡热和微分溶解热。 二、预习要求 1.复习溶解过程热效应的几个基本概念。 2.掌握电热补偿法测定热效应的基本原理。 3.了解如何从实验所得数据求KNO3的积分溶解热及其它三种热效应。 4.了解影响本实验结果的因素有那些。三、实验原理 1.在热化学中，关于溶解过程的热效应，引进下列几个基本概念。 溶解热 在恒温恒压下，n2摩尔溶质溶于n1摩尔溶剂(或溶于某浓度的溶液)中产生的热效应，用Q表示，溶解热可分为积分(或称变浓)溶解热和微分(或称定浓)溶解热。 积分溶解热 在恒温恒压下，一摩尔溶质溶于n0摩尔溶剂中产生的热效应，用Qs表示。 微分溶解热 在恒温恒压下，一摩尔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 表示，简写为 。 冲淡热 在恒温恒压下，一摩尔溶剂加到某浓度的溶液中使之冲淡所产生的热效应。冲淡热也可分为积分(或变浓)冲淡热和微分(或定浓)冲淡热两种。 积分冲淡热 在恒温恒压下，把原含一摩尔溶质及n01摩尔溶剂的溶液冲淡到含溶剂为n02时的热效应，亦即为某两浓度溶液的积分溶解热之差，以Qd表示。 微分冲淡热 在恒温恒压下，一摩尔溶剂加入某一确定浓度的无限量的溶液中产生的热效应，以 表示，简写为 。 2.积分溶解热(QS)可由实验直接测定，其它三种热效应则通过QSn0曲线求得。 设纯溶剂和纯溶质的摩尔焓分别为Hm（1）和Hm（2），当溶质溶解于溶剂变成溶液后，在溶液中溶剂和溶质的偏摩尔焓分别为H1，m和H2，m，对于由n1摩尔溶剂和n2摩尔溶质组成的体系，在溶解前体系总焓为H。 H=n1Hm(1)+n2Hm(2) (1) 设溶液的焓为H， H=n1H1，m+n2H2，m (2)因此溶解过程热效应Q为 Q =mixH=H - H= n1H1。m Hm(1)+n2H2，m Hm(2) =n1mixHm(1)+n2mixHm(2) (3) (3)式中，mixHm (1)为微分冲淡热，mixHm (2)为微分溶解热。根据上述定义，积分溶解热QS为 （4） 在恒压条件下，Q=mixH，对Q进行全微分 （5） 上式在比值 恒定下积分，得 （6） 全式以n2除之 （7） 因 （8） 则 （9） 将(8)、(9)代入(7)得: （10） 对比(3)与(6)或(4)与(10)式， 以QS对n0作图，可得图1的曲线关系。 在图1中，AF与BG分别为将一摩尔溶质溶于n01和n02摩尔溶剂时的积分溶解 热QS，BE表示在含有一摩尔溶质的溶液中加入溶剂，使溶剂量由n01摩尔增加到n02摩尔过 程的积分冲淡热Qd。 Qd=(QS)n02 - (QS)n01=BG EG (11) 图1中曲线A点的切线斜率等于该浓度溶液的微分冲淡热。 切线在纵轴上的截距等于该浓度的微分溶解热。 图1 QSn0关系图 由图1可见，欲求溶解过程的各种热效应，首先要测定各种浓度下的积分溶解热，然后作图计算。 图2 量热器示意图 1.贝克曼温度计；2.搅拌器；3.杜瓦瓶；4.加样漏斗；5.加热器。 3.测量热效应是在“量热计”中进行。量热计的类型很多，分类方法也不统一，按传热介质分有固体或液体量热计，按工作温度的范围分有高温和低温量热计等。一般可分为两类:一类是等温量热计，其本身温度在量热过程中始终不变，所测得的量为体积的变化，如冰量热计等;另一类是经常采用的测温量热计，它本身的温度在量热过程中会改变，通过测量温度的变化进行量热，这种量热计又可以是外壳等温或绝热式的等。本实验是采用绝热式测温量热计，它是一个包括量热器、搅拌器、电加热器和温度计等的量热系统，如图2所示量热计直径为8cm、容量为350mL的杜瓦瓶，并加盖以减少辐射、传导、对流、蒸发等热交换。电加热器是用直径为0.1mm的镍铬丝，其电阻约为10，装在盛有油介质的硬质薄玻璃管中，玻璃管弯成环形，加热电流一般控制在300mA500mA。为使均匀有效地搅拌，可用电动搅拌器，也可按捏长短不等的两支滴管使溶液混合均匀。用贝克曼温度计测量温度变化。 在绝热容器中测定热效应的方法有两种: (1)先测定量热系统的热容量C，再根据反应过程中温度变化T与C之乘积求出热效应(此法一般用于放热反应)。 (2)先测定体系的起始温度T，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。 Q=I2Rt=IUt 式中，I为通过电阻为R的电热器的电流强度(A);U为电阻丝两端所加电压(V);t为通电时间(s).这种方法称为电热补偿法。 本实验采用电热补偿法，测定KNO3在水溶液中的积分溶解热，并通过图解法求出其它三种热效应。四、仪器药品 1.仪器 杜瓦瓶1套; 直流稳压电源(1A，0V30V)1台; 直流毫安表（0.5级，250mA500mA1000mA）1只; 直流伏特计(0.5级，0V2.5V5V10V)1只; 贝克曼温度计(或热敏电阻温度计等)1只; 秒表1只; 称量瓶(25mm25mm)8只; 干燥器1只; 研钵1个; 放大镜1只;同步电机1个。 2.药品 KNO3(化学纯)。 五、实验步骤 1. 稳压电源使用前在空载条件下先通电预热15min。 2. 将8个称量瓶编号，依次加入在研钵中研细的KNO3，其重量分别为2.5g、1.5g、2.5g、 2.5g、3.5g、4g、4g和4.5g，放入烘箱，在110烘1.5h2h，取出放入干燥器中(在实验课前进行)。 3.用分析天平准确称量上面8个盛有KNO3的称量瓶，称量后将称量瓶放回干燥器中待用。 图3 电路图 4.在台称上用杜瓦瓶直接称取200.0g蒸馏水，调好贝克曼温度计，按图2装好量热 器。按图3连好线路(杜瓦瓶用前需干燥)。 5.经教师检查无误后接通电源，调节稳压电源，使加热器功率约为2.5W，保持电流稳定，开动同步电机进行搅拌，当水温慢慢上升到比室温水高出1.5时读取准确温度，按下秒表开始计时，同时从加样漏斗处加入第一份样品，并将残留在漏斗上的少量KNO3全部掸入杜瓦瓶中，然后用塞子堵住加样口。记录电压和电流值，在实验过程中要一直搅拌液体，加入KNO3后，温度会很快下降，然后再慢慢上升，待上升至起始温度点时，记下时间（读准至秒，注意此时切勿把秒表按停），并立即加入第二份样品，按上述步骤继续测定，直至八份样品全部加完为止。 6.测定完毕后，切断电源，打开量热计，检查KNO3是否溶完，如未全溶，则必须重作;溶解完全，可将溶液倒入回收瓶中，把量热器等器皿洗净放回原处。 7.用分析天平称量已倒出KNO3样品的空称量瓶，求出各次加入KNO3的准确重量。六、注意事项 1.实验过程中要求I、V值恒定，故应随时注意调节。 2.实验过程中切勿把秒表按停读数，直到最后方可停表。 3.固体KNO3易吸水，故称量和加样动作应迅速。固体KNO3在实验前务必研磨成粉状，并在110烘干。 4.量热器绝热性能与盖上各孔隙密封程度有关，实验过程中要注意盖好，减少热损失。 七、数据处理 1.根据溶剂的重量和加入溶质的重量，求算溶液的浓度，以n表示 2.按Q=IUt公式计算各次溶解过程的热效应。 3.按每次累积的浓度和累积的热量，求各浓度下溶液的n0和QS。 4.将以上数据列表并作QSn0图，并从图中求出n0=80，100，200，300和400处的积分溶解热和微分冲淡热