实验3溶解热的测定

1、实验3 溶解热的测定坂井优 2013080091 化32 同组实验者：郑少冬实验日期：2015-11-26 提交报告日期：2012-12-4带实验老师：1 引言1.1 实验目的 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。 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。3复习和掌握常用的测温技术。1.2 实验原理1.2.1 基本实验原理物质溶于溶剂中，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

2、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。 （

3、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。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）。由图2-3-1可

4、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。1.2.2 用简易量热计测溶解焓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。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

5、出溶解热 ， （7）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、仪器型号及实验装置示意图实验仪器：杜瓦瓶（保温瓶）、CJ-2磁力搅拌器、DYY-7转移电泳仪（恒流源）、浸入式加热器、热敏电阻、惠斯通电桥、XWT-204台式自动平衡记录仪、500mL容量瓶、大烧杯、AR1140/C电子天平、研钵。实验装置示意图如右侧图2所示。实验药品：KNO3（分

6、子量101.10）2.2 实验条件图2 实验装置示意图平均室温：24.02.3 实验操作步骤及操作要点(1)装好仪器，保持仪器装置的绝热性能良好(2) 测量室温，取不少于500mL的去离子水，调整至室温，用500mL容量瓶定容，加入500mL去离子水到保温瓶内，电脑收集数据开始(3) 在天平上称量5gKNO3备用（减量法，硝酸钾研磨至60目以上）(4) 打开搅拌器，待保温瓶内温度基本稳定后，记录约4min。电源调至恒流，打开电源开始加热，电流调至950mA左右，待基线走至14mV左右停止加热。待稳定后，加入事先准备好的KNO3固体，待温度稳定后再记录8min左右(5) 打开电源加热，同时计时，

7、待温度升高至对称位置附近时，停止加热，并记录加热时间，之后再记录8min左右(6) 按上述步骤再分别加入6g、7g、8g、8g、7g、6g的硝酸钾固体(7) 测量加热器阻值2.4注意事项1. 注意加热时间，不要使温度过高超过仪器量程2. 加样时要将样品全部加入，不要有黏附3. 去离子水的温度应尽量调整至与室温一致3 结果与讨论3.1原始实验数据加热器阻值R=15.66，电流值I=950mA，(H2O，17)=0.9987g/mL表1 实际加入KNO3固体质量及加热时间序号1234567KNO3质量(g)5.02126.00337.16898.00118.00267.00676.0068加热时间

8、(s)139.72163.69183.06183.91180.8483.073.2计算的数据、结果对计算机记录的原始数据进行雷诺图解法校正，得到下表（因为第1组第7组数据失效，因此对第2组第6组的数据进行处理）表2 实验过程中实际温度变化序号KNO3质量(g)加热时间(s)V1(mV)V2(mV)V1'(mV)V2'(mV)15.021226.0033139.7216.389.9716.077.9437.1689163.6920.048.0319.7310.3848.0011183.0619.0010.9018.867.8758.0026183.9118.168.0318.03

9、6.1767.0067180.8417.686.3317.556.0576.006883.0717.66.1317.5根据表2中的校正数据，结合solHm与solH的计算式，进行数据处理可得表3 溶解热数据处理结果序号mb(g)累计nb(mol)n0Q(J)solH(J)累计solH(J)solHm(kJ/mol)15.02120.049715558.7421809.0426.00330.109153254.48371974.682504.5522504.55232.9657737.16890.180133154.20732313.461801.0664305.61832.0718448.00

10、110.259351107.10482587.213510.3077815.92530.1364258.00260.33858582.040742599.233043.12310859.0523.9024867.00670.40795868.089732555.842589.61613448.6722.9452476.00680.46743259.426391174.04根据表3数据，可以作出solHm-n0图线，图形如下所示图2 solHm-n0图3.3讨论分析3.3.1 误差分析本实验的误差主要出现在以下方面(1) 保温瓶内的溶液与外界环境始终存在热交换，尤其在加入药品时，由于KNO3易吸

11、潮，会吸附在称量瓶底，导致加药品时间较长，热交换较多，而这一部分吸收的环境热量在计算中被计入了溶解药品时的热量，导致每一次溶解热的计算偏高(2) 由于分析天平为公用，无法保证分析天平在第一次称量和第二次称量时保持同一状态，这一点可以在实验过程中注意天平的使用来消除(3) 实际加热与温度变化存在一个滞后，因此即使采用雷诺图解法进行校正，加热时间和采用的初末态温度一定会存在偏差，不可能完全对应(4) 加样时我们要打开保温瓶，这会导致部分热量散失，使得测量值偏小。所以尽量要快加样品。(5) 电流表的电流变化并非突变，从打开电流表到达到950 mA需要几秒钟，此段时间认为电流为950 mA，有一定误差

12、。4 结论根据表4中数据可以看出，随着KNO3浓度的增大，摩尔积分溶解热不断增大，摩尔微分溶解热不断增大，而摩尔微分稀释热不断减小5 参考文献 1 基础物理化学实验贺德华麻英张连庆编高等教育出版社 2 化工原理（上册）（第三版）蒋维钧戴猷元顾忠君编著清华大学出版社6 附录（思考题） 6.1 如何用本装置测定液体的比热？答：方法与本实验类似，不过加入物质由硝酸钾固体变为少量温度低于环境温度的对应液体，待温度稳定后，运用电加热的方法提升温度，再加入质量不同的少量液体，如此多次，计算出每次的热效应。之后根据每次的热量守恒关系，结合电加热传入的热量，即可计算出液体的比热。即由Q=I2Rt；Q=cmt两式，其中I 由精密电流表测得，R由万用表测得，t由秒表测得，m由天平测的t由温