实验3 溶解热的测定.docx

实验3 溶解热的测定1 引言1.1 实验目的1.1.1 测量硝酸钾在不同浓度水溶液的溶解热，求硝酸钾在水中溶解过程的各种 热效应。1.1.2 掌握量热装置的基本组合及电热补偿法测定热效应的基本原理。1.1.3 复习和掌握常用的测温技术。1.2 实验原理1.1.1 基本概念溶解热 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，用表示。摩尔积分溶解热 在恒温恒压下，1mol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。用表示。 （1）式中, 为溶解于溶剂A中的溶质B的物质的量。摩尔微分溶解热 在恒温恒压下，1mol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。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。摩尔积分稀释热 在恒温恒压下，在含有1mol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，以表示。 （2）式中，、为两种浓度的摩尔积分溶解热。摩尔微分稀释热 在恒温恒压下，1mol溶剂加入到某一浓度无限量的溶液中所发生的热效应，以表示，简写为。1.1.2 计算原理在恒温恒压下，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 （3）由（3）式可推导得： （4）或 （5）令，（5）改写为： （6）（6）式中的可由实验测定，由实验中所用的溶质和溶剂的物质的量计算得到。作出曲线，见图2-3-1。曲线某点（）的切线的斜率为该浓度下的摩尔微分稀释热（即），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，图中点的摩尔溶解热与点的摩尔溶解热之差为该过程的摩尔积分稀释热（即BE）。图3.1 曲线由图3.1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，而各次热效应总和即为该浓度下的溶解热。1.1.3 本次试验本实验是采用绝热式测温量热计，它是一个包括杜瓦瓶、搅拌器、电加热器和测温部件等组成的量热系统。装置及电路图如图3.2所示。因本实验测定KNO3在水中的溶解热是一个吸热过程，热量的标定可用电热补偿法，即先测定体系的起始温度，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。再由下式可求算出溶解热。 ， 式中，、为加入溶质始末的体系的温度；Q为使体系从升至时的电热（J）； 、为电加热始末的体系温度，为电流强度（A）；为加热器电阻（）；为通电加热时间（S）。本实验采用热敏电阻测温系统（详见附录温度的测量与控制），（）为溶解过程校正后的峰高，（）为加热过程校正后的峰高。2. 实验操作2.1 实验药品，仪器及型号KNO3，鹿牌保温瓶（750ml），加样管，78-2型双向磁力加热搅拌器，电热器，DYY-7型转移电泳仪，秒表，容量瓶（500ml）,烧瓶（1000ml）温度计，研钵，称量瓶，分析天平，高精度万用表，数值惠斯通电桥，台式自动平衡记录仪（大华仪表厂）2.2 测量装置图3.2 热敏电阻测溶解热装置图2.3 实验条件室温：19.9，气压100.89 kPa2.4 实验操作2.4.1 准备仪器并检查绝热性，注意保温瓶加盖。2.4.2 测量室温，取不少于500ml的去离子水，根据室温调节水的温度，使之尽量接近室温，量取500ml注入保温瓶内。这样体系温度与室温（环境）接近，减少体系与环境的热交换。按图3.2将装置安装好，记录仪量程20mV，走纸速度4mm/min。、2.4.3 在天平上准确称量约6g左右（已研细并烘干）的KNO3待用。开动搅拌器，调节测温电桥平衡调节旋钮，使记录仪的记录笔处于记录纸的中间位置，待温度基本稳定后，记录约4min（约记录纸的1格半）。直流稳压稳流电源调至稳流，打开电源开始加热，同时将电流值调至950mA左右（此后不要再调节电流），温度升高，记录笔升至约80格左右（记录纸上的刻度），关闭电源停止加热。待记录仪记录约8min左右，加入称量好的KNO3。此时由于KNO3溶解吸热，温度降低，记录笔降低，待温度稳定后再记录约8min左右。（严格的操作应将样品装在蜡封样品管中，放在保温瓶中恒温，加样时用玻璃棒戳破管底，样品溶入溶液。本实验采用称量瓶装样品，直接倒入。由减量法求出样品质量。）2.4.4 打开加热电源加热，同时打开秒表计时，待记录笔升至80格左右（加热使温度升高的格数，以下次加入KNO3的量决定），关闭电源停止加热，同时停止计时，记下加热时间。再记录约8min左右。整个过程如图3.3所示。2.4.5 按上述步骤依次加入约7、6、8、8、7和6g的KNO3。2.4.6 测量实验所用加热器的阻值R。图3.3记录仪记录的加热-溶解过程温度变化曲线3. 结果与讨论3.1 原始实验数据组别1234567硝酸钾质量/g6.16907.19985.87777.86138.34506.94356.1037电流/mA949950950950950951951加热时间/min1:54.542:20.721:50.502:27.442:22.901:54.221:01.28溶解过程/格数70.58064.583.58669.560加热过程/格数63.5796180.579.56333.5加热器电阻为15.300注：1.本实验由于磁子原因，开始时数据误差较大 2.注意本实验加入KNO3顺序与标准实验略有不同3.2 计算结果组别1234567mB/g6.16907.19985.87777.86138.34506.94356.1037nB/mol0.061080.071290.058200.077830.082620.068750.06043454.7770389.6448477.2814356.9032336.2113404.0404459.6687I/mA949950950950950951951T/s114.54140.72110.50147.44142.90114.2261.28/J1578.271953.101525.812035.891973.201580.50847.95溶解过程/格数70.58064.583.58669.560加热过程/格数63.5796180.579.56333.5/J1752.31977.81613.42111.82134.51743.61518.7/(J/mol)28688.627743.027721.627133.525835.125361.526124.4将与列表并作图。从图中分别求出为80、100、200、300、400处的摩尔积分溶解热、微分溶解热、微分稀释热。再从图中求出为80100、100200、200300、300400过程的摩尔稀释热。80100200300400摩尔积分溶解热/J24947.525052.425591.226155.326766.4摩尔微分溶解热/J5.24365.31585.51465.87626.1113摩尔微分稀释热/J24528.024520.8224488.324392.424321.980100100200200300300400摩尔稀释热104.9538.8564.1611.13.3 异常分析本次试验由于磁子存在一定问题，所以第一次放入硝酸钾时溶解过程受到干扰，。后来经过调整 磁子的影响减小，实验得以继续。4. 结论4.1 误差分析系统误差；杜瓦瓶保温效果不够理想，加入药品时热量散失；，电流不恒定，记录仪指针抖动或偏向，磁子振动对水温的影响等。5. 参考文献清华大学化学系 贺德华 麻英 张连庆 基础物理化学实验 北京：高等教育出版社 2009 28336. 附录6.1 注意事项6.1.1 加热时注意加热时间，不要使温度过高超过记录仪量程。加热温度的高低，以下次实验加入样品的量决定，如下次实验样品量较大，加热温度高些，反之要低些。尽量开始温度（环境温度）处于反应前后中间。6.1.2 样品应预先研磨至60目以上。6.1.3 开始时溶剂（去离子水）温度应尽量调至与室温一致。6.2 参考数据物质（B）nB：nAt/solHm/(kJmol-1)AlCl31:40018-325.93CaCl21:40018-75.270KF1:11015-17.196MgCl21:800-154.75KNO31:2001825+35.392+34.899NH4Cl1:200+26.493KCl1:2001825+18.602+17.556NH4NO31:200+16.286.3 思考题6.3.1 如何用本装置测定液体的比热？方法和本实验基本相同。称取一定质量m的液体（或已知密度则量一定体积），让液体通过热传导（可用冷却管）降低温度T，再用电热补偿法测定放出热量 ，校正后可得液体放热Q，方法同本实验，重复测量多次，再根据QC *m*T，求出C。6.3.2 如果反应是放热的如何进行