实验25 溶解热的测定

1、实验25溶解悠的测定预习要求溶质在溶解过程中，或溶液在稀释过程中的热效应种类。理解电热补偿法的原理。理解偏摩尔量的概念。实验目的了解电热补偿法测定热效应的基本原理。用电热补偿法测定硝酸钾在水中的积分溶解热，并用作图法求出硝酸钾在水 中的微分冲淡热、积分冲淡热和微分溶解热。初步了解溶解热实验中数据采集过程。实验原理溶质加人溶剂的溶解过程，和溶剂加人溶液的稀释过程，一般均伴随着热效应 的发生。热效应的大小和正负取决于溶剂和溶质的性质和它们的相对量。关于溶 解及稀释过程的热效应，有下列儿个基本概念：溶解热:在恒温、恒压下，溶质溶解于溶剂（或某浓度溶液）过程中的热效应, 用Q表示。可分为积分溶解热和微

2、分溶解热。积分溶解热:在恒温、恒压下，单位物质的量的溶质溶于物质的量为n。的溶 剂中产生的热效应，由于溶解过程中溶液的浓度逐渐改变，也称为变浓溶解热，用 Qs表示。微分溶解热:在恒温、恒压下，单位物质的量的溶质溶于某一确定浓度的无限 量的溶液中产生的热效应。由于在溶解过程中溶液的浓度可视为不变，也称为定 浓溶解热，以（笋）表示。冲淡热:在恒温、恒压下，把溶剂加到溶液中使之稀释所产生的热效应。分为 积分冲淡热和微分冲淡热两种。通常都以含有单位物质的量的溶质的溶液的稀释 情况而言。积分冲淡热:在恒温、恒压下，把原含有单位物质的量的溶质的溶液稀释， 使其中溶剂的物质的量从互01变为汁。2时的热效应，

3、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，单位物质的量的溶剂加入某一确定浓度的无 限量的溶液中产生热效应，以（竺） 表示。积分溶解热Qs由实验直接测定，其他三种热效应则通过Qsn0曲线求得。设纯溶剂、纯物质的摩尔增分别为株1和株2,溶液中溶剂和溶质的偏摩尔 111 / X111增分别为和比“,2,对于由物质的量分别为Th和乓的溶剂和溶质组成的系统, 在溶解前系统的总培为H。溶解后溶液的恰为H,H =+ n2m2（3 5）因此溶解过程热效应Q为Q = mixH = H H = Hi） + n2（Hmf2 呜?） = nlmix + n2mix mt2（3 6）

4、式中：溶剂在指定溶度溶液中与纯溶剂摩尔培之差，即微分冲淡热;Am议办,2一溶质在指定溶度溶液中与纯溶剂摩尔恰之差，即微分溶解热；根据积分溶解热Qs的定义，Q/mix Hn】Qs = = = Am以旦叽2 + nOmlxHmA （3 一 7）zi2 n2n2所以在Qsno图（见图3-4）上，不同Qs点的切线斜率为溶液在对应浓度下的微 分冲淡热，即4也用口 =（务）=昔。该切线在纵坐标上的截距为溶液在对应 浓度下的微分冲淡热，即nixHm2 =（羿）=0C AF与BG分别为将单位物质的量的溶质溶于物质的量为7101和如溶剂时的积分溶解热Qs，畦表示在含有 单位物质的量的溶质的溶液中加入溶剂，使溶剂

5、物质的量由汁01增加到几。2过程的 积分冲淡热Qd。Qd = （Qs）?i02 一（Qs）n01 = BG EG00褊%图3-4Qs o关系图本实验是采用绝热式测温热量计，它是一个包括保温杯、搅拌装置、电加热器 和测温部件等的量热系统。装置及电路图如图3-5所示。因KNO3在水中溶解式 吸热过程，故本实验用电热补偿法测定KNO3在水中的溶解热。即先测定系统的 起始温度7,溶解过程中系统温度随吸热反应进行而降低，再用电加热法使系统升 温至起始温度，根据所消耗电能求出热效应图3-5热量计及其电路图1.伏特计；2.直流亳安表；3.直流稳压电压源：4.测温部件；5.磁子；6.漏斗；7.保温杯；8.磁力

6、搅拌器Q = I2Rt = Ult(3 - 8)式中：/-通过电阻为R的电热器的电流强度(A)；。一电阻丝两段所加电压(V)；t通电时间(s)。仪器和药品仪器：计算机测定溶解热实验装置一套，称量瓶8只(20 mm X 40 mm)。 药品：硝酸钾(AR)。实验步骤称硝酸钾26 g (己进行研磨和烘干处理)，放入干燥器中。将8个称量瓶编号。在台秤上称量，依次加入约2.5 g、1.5 g、2.5 g、3.0 g、 3.5 g、4.0 g、4.5 g硝酸钾，再用分析天平称出准确数据，把称量瓶依次放入干 燥器中待用。量取200 Ml去离子水于保温杯内，打开反应热测量数据采集接口装置的电 源，将温度传感

7、器擦干置于空气中，预热3min,但不要打开恒流源及搅拌器电 源。双击桌面上溶解热软件图标，进入首页，按继续键进入主菜单。主菜单下 设4个菜单项：(1)参数矫正；(2)开始实验；(3)数据处理；(4)退出。参数矫正 参数矫正菜单中有“电压参数矫正”和“电流参数矫正”两个子 菜单项，电压参数和电流参数一般情况下不需矫正。开始实验 开始实验菜单中有“开始实验”和“退出”功能按钮。按下“开始实验”按钮，根据提示开始测量当前室温，稳定后改成温差挡并置 零。这时可打开恒流源及搅拌器电源，把保温杯放在磁力搅拌器上，调节磁子的 转速，将带有加热器及漏斗的盖子放好，测量加热器功率，并调节恒流源，使加 热器功率在

8、2.252.3 W之间，同时将温度传感器也放入其内。按下回车键，测 量水温(注意温度传感器探头不要与搅拌磁子和加热电阻丝相接触)。这时不要再 调节功率。当采样到水温高于室温0.5C时，按计算机提示加人第一份KNO3，,同时计算机会实时记下此时水温和时间加入KNO3后，由于溶解吸热水温下降，乂由于加热器在工作，水温乂会上升。 当系统探测到水温上升至起始温度时，根据计算机提示加入第二份KNO3,同时 计算机记下时间。统计出每份KNO3溶解后，电热补偿通电时间。重复上一步骤直至第八份KNO3加完。根据计算机提示关闭加热器和搅拌器(系统己将本次实验的加热功率和8份试 样的通电累计时间值自动保存)。注意

9、事项本实验应确保试样充分溶解，因此实验前必须研磨。注意加入试样的速度，防止试样进入保温杯过速，致使磁子陷住不能正常搅 拌；但试样如加得太慢也会引起实验误差。实验时需有合适的搅拌速度，搅拌太慢，会因水的传热性差而导致Qs值偏低; 搅拌太快，会以功的形式向系统中引入能量。实验结束后，保温杯中不应存在硝酸钾固体，否则需要重做实验。将仪器放置在无强电磁干扰的区域内。不要将仪器放置在通风的环境中，尽量保持仪器附近的气流稳定。数据处理计算每次加入硝酸钾后的累计质量m(KNO3)和通电累计时间to根据溶剂的质量和加入溶质的质量，求算溶液的浓度，以no表示：n(H2O) 200 mL / m累1111n =

10、n(KN03) = M(H20)/ M(KN03) = m累计算每次溶解过程的热效应。Q = IUt = Kt计算出的Q值进行换算，求出当把单位物质的量的硝酸钾溶于物质的量为71。 的水中的溶解热Qs。QKt101.1g mor1 ATtQs = n(KN03) = m(KNO3)/M(KNO3) = m(KN03)n(H20) n = n(KN03)将以上数据列表并作QsnQ图，从图中求出处0 = 80、100 200、300和400 处的积分溶解热、微分溶解热和微分冲淡热。以及处。从80- 100、100- 200、200 - 300、300 - 400的积分冲淡热。用计算机处理数据，按以

11、下步骤进行：回到系统主界面按下“数据处理”菜单，并输入水的质量和各份试样质量。再 按下“以当前数据处理”钮，则软件自动计算处每份试样的Qs、S和S为800、 100、200、300、400时KNO3的积分溶解热、微分溶解热、微分冲淡热，n从80-100. 100-200200-300. 300-400时KN03的积分冲淡热。按显示器右上角的“下一页”按钮，出现计算机自动画的“Qs”0”图，再按“打印”按钮即 可打印处理的数据和图表。如果需要保存当前数据到文件，则按“保存数据到文件”，然后根据提示输入 文件名，按“0K”保存数据。如果需要调出以前的实验数据来处理，则按“读取数据文件”按钮，并根据提 示输入文件名来读取数据。对本实验的装置你有何改进意见?影响本实验结果的因素有哪些？知识拓展欲准确测定溶解热，要求仪器装置绝热良好，系统和环境间的热交换尽量稳 定并降至最小。采用保温瓶并加盖，以减少辐射、传导、对流、蒸发等形式的热 交换。实验过程中需均匀、稳定的搅拌，以促进溶质