溶解热的测定.docx

实验三 溶解热的测定1 引言物质溶于溶剂中，一般伴随有热效应的发生。盐类的溶解通常包含着几个同时进行的过程：晶格的破坏、离子或分子的溶剂化、分子电离（对电解质而言）等。热效应的大小和符号决定于溶剂及溶质的性质和它们的相对量。在热化学中，关于溶解过程的热效应，需要了解以下几个基本概念。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solH表示。摩尔积分溶解热 在恒温恒压下，1 mol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solHm表示。 （1）式中,nB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solHnBT,P,nA表示，简写为solHnBnA。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dilHm表示。 （2）式中，dilHm2、dilHm1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solHnAT,P,nB表示，简写为solHnAnB。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 solH=nA,nB （3）由（3）式可推导得： （4）或 （5）令n0=nA/nB，（5）改写为： （6）（6）式中的solHm可由实验测定，n0由实验中所用的溶质和溶剂的物质的量计算得到。作出solHm-n0曲线，见图2-3-1。曲线某点（n01）的切线的斜率为该浓度下的摩尔微分稀释热（即ADCD），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n02点的摩尔溶解热与n02点的摩尔溶解热之差为该过程的摩尔积分稀释热（即BE）。由图2-3-1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n0，而各次热效应总和即为该浓度下的溶解热。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solH=QT2-T1T2-T1 Q=I2Rt （7）式中，T1、T2为加入溶质始末的体系的温度；Q为使体系从T1升至T2时的电热（J）； T1、T2为电加热始末的体系温度，I为电流强度（A）；R为加热器电阻（）；t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），（T2-T1）为溶解过程校正后的峰高，（T2-T1）为加热过程校正后的峰高。 2 实验操作2.1 实验药品、仪器及测试装置示意图2.1.1 药品：KNO3（AR）2.1.2仪器：保温瓶（750 ml）1个，加样管，磁力搅拌器1台，热敏电阻测温装置1套，加热器，直流稳压稳流电源，精密毫安表，秒表，容量瓶（500 ml），烧杯（1000 ml），温度计，研钵1只，称量瓶，分析天平（公用），高精度万用表（公用）。2.1.3实验装置示意图：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2-3-2所示。2.2 实验条件实验室常压下，室温21.52.3 实验操作步骤及方法要点2.3.1测量室温取不少于500 ml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500 ml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2-3-2将装置安装好，记录仪量程20 mv，走纸速度4 mm/min。2.3.2药品准备在天平上准确称量约5 g左右（已研细并烘干）的KNO3待用。2.3.3 加样开动搅拌器，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70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。2.3.4 加热升温打开加热电源加热，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2-3-3所示。2.3.5按上述步骤依次加入约6、7、8、8、7和6g的KNO3。2.3.6测量实验所用加热器的阻值R。2.4 需要测量、记录的参数、变量室温T0。加热器电阻值R。每次加入样品的精确质量，加热热补偿的时间。3 结果与讨论 3.1 原始实验数据3.1.1 常数测定加热电流 I=950 mA，加热电阻R=15.24 ，实验室温度 21.5 。溶剂体积VA=500 mL，溶剂初始温度T0=21.5 ，在该温度下，水的密度0.99788 gcm-1，水的相对分子质量M=18.015 gmol-1由此求出，溶剂的物质的量nA=27.70 mol，MKNO3 =101.102 。3.1.2 先后加入六组样品，得到六组数据组数KNO3质量/g通电时间/minT2-T1/格T2-T1/格15.21601:30565726.09191:46646636.92921:52707047.61841:56737458.25901:57797467.25931:4267.56476.19191:0857433.1.3由原始数据计算Q=I2Rt ；solH=QT1-T2T1-T2 ；n0=na/nb 注意，应将热效应求和后计算摩尔热效应。1234567Q/J1237.871457.931540.461595.481609.231402.92935.28nB/0.01mol0.0515910.1118460.1803830.2557370.3374270.4092280.470472累计的KNO3物质的量0.0515910.1118460.1803830.2557370.3374270.4092280.470472每次的solH/J1216.151413.7551540.4591540.8361717.9611479.641239.788总计solH/kJ1216.1522629.9074170.3665711.2027429.1638908.80410148.59solHm/kJmol-123572.7423513.5523119.4822332.3422017.1321769.7621571.07n05382481541098268593.2计算的数据、结果计算出各次加入样品的热效应Q=I2Rt计算solH=QT1-T2T1-T2，并将各次的热效应叠加。500ml水的物质的量为27.70，与叠加后的溶质物质的量做商。计算需要计算的物理量：摩尔积分溶解热 摩尔微分溶解热 摩尔积分稀释热 摩尔微分稀释热 使用Origin进行图像拟合，选取指数形式拟合：相关数据求解总汇80100200300400（solHnB）nA / KJmol-120.31420.7322.3623.1423.45（solHnB）nA/Jmol-120.8216.154.5351.2730.35752198122352232632352123.59480100100200200300300400367.8914.7256.8721.03.3讨论分析此次试验种问题非常多，首先是仪器开始时莫名地出问题，导致实验重新开始。对于第一台老机器，经过调整后虽能做出实验所需的数据，但是当加入KNO3时温度读数会有一个大的非正常变化，然后慢慢趋于正常。而另一组实验中，由于第四次的加样时有一些KNO3洒出来了，导致数据出现一个坏点，且该影响对实验后面的测量依然存在。此次实验的数据处理原本比较繁琐，需要计算的数据较多。且对于origin作图，进行曲线拟合，求切线并求斜率、截距的处理要求也比较高。而最终实验结果的误差也大多来自于对实验数据的拟合，用指数函数拟合可能偏离原有的数据趋势。再次过程中，我尝试了各种的拟合曲线，最后尝试了最简单的指数形式。一下为两种拟合度更高的曲线，横左边为n0，纵坐标为摩尔焓/J。但是计算过于复杂而舍去。各数据的计算通过EXCEL中输入公式而计算得（求导、切线方程）。4 结论硝酸钾溶于水的溶解过程总体上看是一个吸热过程，通过测定累计加入硝酸钾的质量和引起的热效应，可以做出摩尔积分溶解热与n0的关系曲线，进而求出溶解过程中的其他热效应。5 参考文献1 清华大学化学系物理化学编写组，物理化学实验，清华大学出版社，1991.5.2 复旦大学等编，物理化学实验，高等教育出版社，1993.6.6 附录思考讨论题：1. 如何用本装置测定液体的比热？答：对于液体来说，温度对等压热容的影响很小，在一定范围内可以认为Cp为常数。将待测液体温度调整到室温附近时，再将体系在保温杯中加热到某高于室温的温度，记录下加热过程当中的时间、及恒定电流的电流值。同时对一已知的比热的物体进行相同操作，对比可得其比热。重复做平行实验数组。由温度变化格数与加热时间及电流比可得其比热。2. 如果反应是放热的如何进行实验？答：需要已知待测液体的比热，可以通过在