物化实验报告：溶解热的测定-KCl、KNO3

1 华华南南师师范大学范大学实验报实验报告告 课课程名称程名称 物理化学实验 实验项实验项目目 溶解热的测定 实验目的实验目的 1 用量热计简单测定硝酸钾在水中的溶解热 2 掌握贝克曼温度计的调节和使用 实验原理实验原理 盐类的溶解往往同时进行着两个过程 一是晶格破坏 为吸热过程 二是离子 的溶剂化 为放热过程 溶解热是这两种热效应的总和 最终是吸热还是放热 则 由这两种热效应的相对大小来决定 本实验在定压 不做非体积功的绝热体系中进行时 体系的总焓保持不变 根 据热平衡 即可计算过程所涉及的热效应 3 1 TCCWCW W M Hm sol 32211 1 式中 为盐在溶液温度和浓度下的积分溶解热 单位 kJ mo1 1 mSolH 为溶质的质量 单位 kg 1 W 为溶解过程的真实温差 单位 K T 为水的质量 单位 kg 2 W 为溶质的摩尔质量 单位 kg mo1 1 M 分别为溶质和水的比热 单位 21 CC 11 KkgkJ 为量热计的热容 指除溶液外 使体系温 3 C度升高 1 所需要的热量 单位 kJ 图 3 1 溶解热测定装配图 1 磁力搅拌器 2 搅拌磁子 3 杜瓦瓶 4 漏斗 5 传感器 6 SWC IIC 数字贝克曼温度 仪 2 实验测得 W1 W2 T 及量热计的热容后 即可按 3 1 式算出熔解热 mSolH 仪器与药品仪器与药品 溶解热测量装置一套 如图 3 1 所示 500ml 量筒一个 KCl A R KNO3 A R 实验步骤实验步骤 1 量热计热容的测定 本实验采用氯化钾在水中的溶解热来标定量热计热容 为此 先在干净的量 3 C 热计中装入 500m1 蒸馏水 将与贝克曼温度计接好的传感器插入量热计中 放在磁 力搅拌器上 启动搅拌器 保持 60 90 转 分钟的搅拌速度 此时 数字显示应 在室温附近 至温度变化基本稳定后 每分钟准确记录读数一次 连续 8 次后 打 开量热计盖 立即将称量好的 10 克氯化钾 准确至 0 01 克 迅速加入量热计中 盖 上盖 继续搅拌 每分钟记录一次读数 读取 12 次即可停止 然后用普通水银温 度计测出量热计中溶液的温度 倒掉溶液 2 硝酸钾溶解热的测定 用硝酸钾代替氯化钾重复上述实验 区别是称取硝酸钾 的质量为 7 克 准确至 0 01g 完成一次实验后 溶液不倒掉 同样连续读数 8 次 后 再向溶液中加入 7 克硝酸钾 再读取 12 次温度完成第二次测量 实验结束 倒掉溶液 数据的处理数据的处理 1 各样品溶解前后温差的雷诺校正图各样品溶解前后温差的雷诺校正图 3 T T2 T1 19 4133 20 5135 1 1002 T T2 T1 20 2023 20 9294 0 7271 4 T T2 T1 19 5193 20 4591 0 9498 T T2 T1 19 0872 20 1553 1 0681 5 T T2 T1 18 5848 19 9837 1 3989 T T2 T1 18 2813 20 3839 2 1026 6 T T2 T1 16 8651 20 9383 4 0732 2 样品质量样品质量 KNO3 KCl 600 1500 1400 1300 1200 1100 1 空称量纸0 29450 28700 20070 27370 28290 28090 2817 纸 样品4 43762 16032 46603 08264 02515 898211 5174 纸 剩余样品0 29460 28730 20580 27380 32750 28090 2817 实际加入质量4 14301 87302 26022 80883 69765 617311 2357 文献值 不同温度下的文献值 不同温度下的 KCl 在水中的溶解热在水中的溶解热 t solHm kJt solHm kJt solHm kJ 1019 8951718 7652417 703 1119 7951818 6022517 556 1219 6231918 4432617 414 1319 5982018 2972717 272 1419 2762118 1462817 138 1519 1002217 9952917 004 1618 9332317 682 实验测得的温度为 17 9 则选取 18 的 solHm kJ 18 602 kJ mol 7 3 3 结果计算结果计算 计算量热计的热容 kJ K09993 0 1002 1 55 74 602 181430 4 184 410200699 0 101430 4 l O C Hms KCl C mK 33 1 1 22p1 TM Hm msol 计算硝酸钾在水中溶解的溶解焓 根据公式 1 1 22 23p 1 K l O C Hms KNOC m m M TTHm sol 1 1 2 3 1 10 101 0993 0 184 4102009522 0m m TT 绘制 solHm n0曲线 根据公式 各浓度的 n0值 33 3 333 18 g mol10 101g200 n0 KNOKNO KNO KNOKNOKNO mmolgMm Mm Mm Mm n n 水 水 水 水 水 水水 水水 水 KNO3600 1500 1400 1300 1200 1100 1 加入质量 g 1 87302 26022 80883 69765 617311 2357 n0599 7508497 0062399 9335303 8007199 977499 9789 校正后温差 0 7271 0 9498 1 0681 1 3989 2 1026 4 0732 溶解焓 solHm kJ mol 36 809236 628636 091435 939435 626834 7012 在 Excel 中绘制 solH n0关系曲线 并使用多种类型的函数对曲线拟合得曲线方程 8 使用二项式函数拟合的 solHm n0曲线 y 5 10 6x2 0 0074x 34 129 R2 0 9634 34 5 35 35 5 36 36 5 37 0100200300400500600700 n0 solHm 使用指数函数拟合的 solHm n0曲线 y 34 604e0 0001x R2 0 9274 34 5 35 35 5 36 36 5 37 37 5 0100200300400500600700 n0 solHm 9 使用乘幂函数拟合的 solHm n0曲线 y 30 01x0 0317 R2 0 977 34 5 35 35 5 36 36 5 37 0100200300400500600700 n0 solHm 使用对数函数拟合的 solHm n0曲线 y 1 1335 ln x 29 502 R2 0 9763 34 5 35 35 5 36 36 5 37 0100200300400500600700 n0 solHm 对比上面四种 二项式 指数 乘幂 对数 拟合曲线图 使用对数函数拟合出的 solHm n0曲线最为理想 故拟合得曲线方程为 Y 1 1335Y 1 1335 ln x 29 502ln x 29 502 R R2 2 0 9763 0 9763 4 4 积分熔解焓 积分稀释焓 微分熔解焓 微分稀释焓的求算积分熔解焓 积分稀释焓 微分熔解焓 微分稀释焓的求算 将 n0 100 200 300 400 500 600 代入 3 中的曲线方程 求出溶液在这几点处的积分溶解 焓 n0100200300400500600 solHm KJ mol 34 722035 507635 967236 293336 546336 7529 solH KJ mol 34 722035 507635 967236 293336 546336 7529 10 将所得曲线方程对 n0求导 将上述几个 n0值代入所得的导函数 求出这几个点上的切线斜率 即为溶液 n0在这几点处的微分稀释焓 求得一阶导数方程为 x 1335 1 y n0100200300400500600 微分稀释焓 KJ mol 0 0113350 0056680 0037780 0028340 0022670 001889 利用一元函数的点斜式公式求截距 可得溶液在这几点处的微分溶解焓 n0100200300400500600 微分溶解焓 KJ mol 33 588534 374134 833735 159835 412835 6194 最后 计算溶液 n0为 100 200 200 300 300 400 400 500 500 600 时的积分稀释焓 n0100 200200 300300 400400 500500 600 积分溶解焓 KJ mol 0 78560 45960 32610 25300 2066 实验讨论实验讨论 1 根据积分溶解热的定义 可知随着n0增大 solH应该不断增大的 且增大的速率逐渐变慢 图中拟合的二次曲线并不是与此严格相符的 在n0 700左右有下降趋势 所以 该拟合曲线线只 能概括实验进行范围内的 solH n0的关系 若要得到更大范围内的关系曲线 需要增加实验组数 获得更全面的数据 另外 拟合函数的选择也不是唯一的 对于多项式拟合 次数越高 相关度越好 当本实验 用2次拟合 相关度已经有0 998 无需再选择更高次的曲线方 程 当然 也可以用指数 对数等 函数进行拟合 所得到的拟合曲线 均是 solH与n0的经验关系 2 硝酸钾溶解在水中吸热 这是破坏硝酸钾的晶格能 硝酸钾的电离能以及溶剂化热等能量的 综合效应 从实验结果看出 溶剂的量n0越多 吸热也越多 这可能是与溶剂化热有关 溶剂的 量不同 会影响K NO 3 周围的水合离子数 3 溶剂量的影响随着溶剂量的增多而逐渐减弱 反映在图中曲线的斜率减少上 当溶剂很多时 加入少量的溶剂 浓度的变化甚小 这些体现在微分稀释热上 微分稀释热定义为1mol溶质溶解 在无限量一定浓度溶液中产生的热效应 按此定义 在定温定压下它为一定值 实验处理得到的 微分稀释热是不断变小的 这是因为溶液量并不是无限的 当溶剂量很大时 认为溶液浓度不再 变化 这时得到的微分稀释热便趋于稳定了 solH n0最终应为一线性关系 4 在不同温度压力下 硝酸钾的溶解热是不同的 尤其是温度的影响更大 当温度改变时 由 van tHoff等温式知 溶解平衡常数和溶解焓均会发生变化 故实验时需要注明环境的温度 压 强 5 硝酸钾加入快慢的控制 是实验成败的关键 加得太快 会使得温差过大 体系与环境的 热交换加快 测得的溶解热偏低 加得太慢 一旦温度升到一个较 高的值 即使加入所有硝酸钾 11 也无法使温差回到零度以下 导致实验失败 一般 T控制在 0 3 左右为宜 最低不要超过 0 5 但要始终为负值 实验中要时刻注意温差的变化 掌握好加料的时间和量 在每次组实验 完后 温差回升到0 以上 此时升温较快 需要及时