溶解热的测定

1、实验四溶解热的测定一、实验目的1.用电热补偿法测定KN03在不同浓度水溶液中的积分溶解热。2用作图法求KN0 3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 KN0 3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ni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

2、下，一摩尔溶质溶于no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 noi摩尔溶剂的溶液冲淡到含溶剂为no2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Qs no曲线求 得。设纯溶

3、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 Hi, m和H2, m，对于由ni 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。(i)H=niHm(1)+n2Hm(2)设溶液的焓为HH =niH 1，m+n2H2，m因此溶解过程热效应Q为Q = AnixH = H - H= ni Hi。m -Hm(i) +n2 H2, m -Hm(2)=ni Anix Hm(i)+n2 Anix Hm(2)(3)(3)式中，AmixHm (i)为微分冲淡热，AnixHm为微分溶解热根据上述定义，积分溶解热Qs为(4)2s =如

4、色=離帀丹胞(2)+ (1)=人曲H+用血强H w (0在恒压条件下，Q= AmixH，对Q进行全微分上式在比值 '恒定下积分，得(5)肿二全式以SQ9Q(6)n2除之型二込Q = «2&(8)将(8)、(9)代入得:犹Q) 创先炖)(10)对比与或与(10)式,以Qs对no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noi和n°2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no1摩尔增加到no2摩尔过程的积分冲淡热Qd。(11)Qd=(Qs) no2 - (Qs)n 01=BG EG图1中

5、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 QS no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，

6、 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10Q，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

7、量 C，再根据反应过程中温度变化 AT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。2Q=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，250mA500mA1000m

8、A）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（25mmK25mm）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KN03（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15mi n。2. 将8个称量瓶编号，依次加入在研钵中研细的 KN03,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 110C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

9、，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15C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KN0 3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KN03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

10、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 KN0 3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KN0 3样品的空称量瓶，求出各次加入 KN03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KN0 3易吸水，故称量和加样动作应迅速。固体 KN03在实验前务必 研磨成粉状，并在110C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_ 0 _ 200.0 _ 11222. 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 no和Qs。4将以上数据列表并作 Qs no图，并从图中求出no=8O, 100, 200, 300和 400处的积分溶解热和微分冲淡热