實驗3溶解熱的測定

1、實驗3溶解熱的測定實驗目的1測量硝酸鉀在不同濃度水溶液的溶解熱，求硝酸鉀在水中溶解過程的各種熱效應。2掌握量熱裝置的基本組合及電熱補償法測定熱效應的基本原理。3復習和掌握常用的測溫技術(shù)。實驗原理物質(zhì)溶于溶劑中，一般伴隨有熱效應的發(fā)生。鹽類的溶解通常包含著幾個同時進行的 過程：晶格的破壞、離子或分子的溶劑化、分子電離（對電解質(zhì)而言）等。熱效應的大小和 符號決定于溶劑及溶質(zhì)的性質(zhì)和它們的相對量。在熱化學中，關(guān)于溶解過程的熱效應，需要了解以下幾個基本概念。溶解熱 在恒溫恒壓下，溶質(zhì) B溶于溶劑 A（或溶于某濃度溶液）中產(chǎn)生的熱效應，用 -so H 表示。摩爾積分溶解熱在恒溫恒壓下，1mol溶質(zhì)溶解于

2、一定量的溶劑中形成一定濃度的溶液，整個過程產(chǎn)生的熱效應。用=so|Hm表示。sol H m-solH(1)nB式中，nB為溶解于溶劑 A中的溶質(zhì)B的物質(zhì)的量。摩爾微分溶解熱在恒溫恒壓下，1mol溶質(zhì)溶于某一確定濃度的無限量的溶液中產(chǎn)生H- h的熱效應，以（亠衛(wèi)）卩片表示，簡寫為（二3九。ma稀釋熱 在恒溫恒壓下，一定量的溶劑A加到某濃度的溶液中使之稀釋，所產(chǎn)生的熱效應。摩爾積分稀釋熱在恒溫恒壓下，在含有 1mol溶質(zhì)的溶液中加入一定量的溶劑，使之稀釋成另一濃度的溶液，這個過程產(chǎn)生的熱效應，以.：dilHm表示。dil H m sol H m2 sol H ml式中，I sol H m2、厶so

3、l H ml為兩種濃度的摩爾積分溶解熱。摩爾微分稀釋熱在恒溫恒壓下，1mol溶劑加入到某一濃度無限量的溶液中所發(fā)生的熱效應，以（亠旦）pg表示，簡寫為（亠旦）nB。a在恒溫恒壓下，對于指定的溶劑 A和溶質(zhì)B，溶解熱的大小取決于 A和B的物質(zhì)的量,(3)solH 二.(nA，riB)由（3）式可推導得:sol HnB(：so|HFb)T ,P,nAA HnA ( FsolH )-sol H m(:)T,P,nBnBQn a- sol H)T ,Pa令n =門人/nB , （5）改寫為:-sol H m solH=no(-)T,P,nB(solHnB)T,P,nA(4)(5)(6)（6 ）式中的.

4、solHm可由實驗測定，no由實驗中所用的溶質(zhì)和溶劑的物質(zhì)的量計算得到。作出：solHm - n0曲線，見圖2-3-1。曲線某點（n01）的切線的斜率為該濃度下的摩爾微分AD稀釋熱（即AD）,切線與縱坐標的截距，為該濃度下的摩爾微分溶解熱（即OC）。顯然,CDBE)。由圖2-3-1可見，欲求溶解過程的各種熱效應，應當測定各種濃度下的摩爾積分溶解熱。 本實驗采用累加的方法， 先在純?nèi)軇┲屑尤肴苜|(zhì)， 測出溶解熱，然后在這溶液中再加入溶質(zhì),測出熱效應，根據(jù)先后加入溶質(zhì)總量可求出n，而各次熱效應總和即為該濃度下的溶解熱。本實驗是采用絕熱式測溫量熱計，它是一個包括杜瓦瓶、攪拌器、電加熱器和測溫部件等組成

5、的量熱系統(tǒng)。裝置及電路圖如圖2-3-2所示。因本實驗測定 KNO3在水中的溶解熱是一個吸熱過程，熱量的標定可用電熱補償法， 即先測定體系的起始溫度， 溶解過程中體系溫 度隨吸熱反應進行而降低， 再用電加熱法使體系升溫至起始溫度， 根據(jù)所消耗電能求出熱效 應Q。再由下式可求算出溶解熱：soiH 二， Q = I2RT（7）T2 -T；式中，T、T2為加入溶質(zhì)始末的體系的溫度；Q為使體系從T2升至T；時的電熱（J）; T2、T；為電加熱始末的體系溫度，I為電流強度（A）； R為加熱器電阻（0）; T為通電加熱時間（S）。本實驗采用熱敏電阻測溫系統(tǒng)（詳見附錄溫度的測量與控制），（T2 -T,）為溶解

6、過程校正后的峰高，（T2 -Ti ）為加熱過程校正后的峰高。實驗用品保溫瓶（750ml） 1個，加樣管，磁力攪拌器 1臺，熱敏電阻測溫裝置 1套，加熱器， 直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源，精密毫安表，秒表，容量瓶（500ml），燒杯（1000ml），溫度計，研缽1只，稱量瓶，分析天平（公用），高精度萬用表（公用）。KNO3（ AR）實驗步驟1欲使溶解熱能準確測量，要求儀器裝置絕熱良好，體系和環(huán)境間的熱交換盡量穩(wěn)定并 降至最小。儀器裝置如圖2-3-2所示，采用保溫瓶并加蓋，以減少輻射、傳導、對流、蒸發(fā)等熱交換途徑。圖 2-3-2 熱缺電阻測溶解熬琴置圖1電鐵攪拌器.2保視瓶3.加熱器，4.加祎管5.測溫電橋，

7、6.白動甲衛(wèi) 記最儀”工帝密安培表8.和壓廈源.9宦址電陽2測量室溫，取不少于500ml的去離子水，根據(jù)室溫調(diào)節(jié)水的溫度，使之盡量接近室溫,量取500ml注入保溫瓶內(nèi)。這樣體系溫度與室溫（環(huán)境）接近，減少體系與環(huán)境的熱交換。 按圖2-3-2將裝置安裝好，記錄儀量程20mv，走紙速度4mm/min。3在天平上準確稱量約 5g左右（已研細并烘干）的 KNO 3待用。4開動攪拌器，調(diào)節(jié)測溫電橋平衡調(diào)節(jié)旋鈕，使記錄儀的記錄筆處于記錄紙的中間位置，待溫度基本穩(wěn)定后，記錄約 4min （約記錄紙的1格半）。直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源調(diào)至穩(wěn)流，打開 電源開始加熱，同時將電流值調(diào)至 950mA左右（此后不要再調(diào)節(jié)電流）

8、，溫度升高，記錄筆 升至約70格左右（記錄紙上的刻度），關(guān)閉電源停止加熱。待記錄儀記錄約8min左右，加入稱量好的KNO 30此時由于KNO3溶解吸熱，溫度降低，記錄筆降低，待溫度穩(wěn)定后再記 錄約8min左右。嚴格的操作應將樣品裝在蠟封樣品管中，放在保溫瓶中恒溫，加樣時用玻璃棒戳破管底，樣品溶入溶 液。本實驗采用稱量瓶裝樣品，直接倒入。由減量法求岀樣品質(zhì)量5打開加熱電源加熱，同時打開秒表計時，待記錄筆升至80格左右（加熱使溫度升高的格數(shù)，以下次加入 KNO3的量決定），關(guān)閉電源停止加熱，同時停止計時，記下加熱時間。 再記錄約8min左右。整個過程如圖 2-3-3所示。6按上述步驟依次加入約 6

9、、7、& 8、7和6g的KNO3。7.測量實驗所用加熱器的阻值R。圖2-3-3記錄儀記錄的加熱-溶解過程溫度變化胎線數(shù)據(jù)處理1采用雷諾圖解法（如圖2-3-3所示），校正各步加熱、溶解過程的峰高（詳見燃燒熱測定實驗）。2分別計算出各次加入樣品B后的熱效應，按（1）式計算出摩爾積分溶解熱solHm，并分別計算出對應的-nH2O / nBn0為 80 100、 100 200、3將SolHm與n列表并作圖。從圖中分別求出n為80、100、200、300、400處的摩爾積分溶解熱、微分溶解熱、微分稀釋熱。再從圖中求出200； 300、300； 400過程的摩爾稀釋熱。思考題1. 如何用本裝置測定液體的

10、比熱？2. 如果反應是放熱的如何進行實驗？3. 溫度和濃度對溶解熱有無影響？如何從實驗溫度下的溶解熱計算其它溫度下的溶解 熱？八、注意事項1. 加熱時注意加熱時間，不要使溫度過高超過記錄儀量程。加熱溫度的高低，以下次實 驗加入樣品的量決定，如下次實驗樣品量較大，加熱溫度高些，反之要低些。盡量開始溫度 （環(huán)境溫度）處于反應前后中間。2. 加樣時要將樣品全部加入反應器中，不要粘附在加樣管上。3. 樣品應預先研磨至 60 目以上。4. 開始時溶劑（去離子水）溫度應盡量調(diào)至與室溫一致。進一步的討論1. 加熱器制作 加熱器電阻絲可選小功率電爐絲（ 200W 左右）或用直徑約 0.1mm 的康銅絲，根據(jù)電

11、 源功率和加熱電流算出阻值， 根據(jù)阻值截相應長度。 采用雙繞法緊纏在玻璃棒上， 或穿入 U 型管內(nèi)，加入液體石蠟。注意電阻絲盡量接近頂部，使之能夠完全浸入液體內(nèi)。2. 溫度的測量 本實驗溫度測量采用熱敏電阻測溫系統(tǒng)，也可用貝克曼溫度計測量，但貝克曼溫度計 使用不如熱敏電阻使用方便。 一般不采用熱電偶測量， 因為本實驗溫度變化范圍比較小， 熱 電勢太小，達不到測量精度。3. 用簡易量熱計除測定溶解熱外，也可以測定中和熱、生成熱、混合熱、比熱容等等。 實驗方法基本相同。 但要根據(jù)需要， 重新設計合適的樣品管或反應池。 下面介紹幾種簡易的 樣品容器，見圖 2-3-4、圖 2-3-5、圖 2-3-6、

12、圖 2-3-7 所示。2-3-5液徹樣品曽r報樣口 2.檸廢斶a灌揮樣命4除B.H的飆出口fS2-3 6誡休擇禺容睥2-3-7中和熱闘定HI樣品容器I*製肄口 2.濱怵擇品氛憑陣吹出口樣品槪?.4本實驗方法對吸熱過程的測量比較容易。對放熱過程則可用圖2-3-8所示方法。圖中（a）是讓放熱過程和電熱過程連續(xù)畫在記錄紙上，此方法誤差較大。在量熱計中裝一冷卻管，如圖中（c）,放熱過程后，通入冷水將溶液溫度復原，過程如圖中（ b）所示，然后再 電標定儀器常數(shù)。時 Ml A(*)的(c)Itl 2-3-8敵熱反亞ifi度時間曲銭和冷卻管5參考數(shù)據(jù)表2-3-1某些物質(zhì)的積分溶解熱物質(zhì)（B）nB : nAt/ C1 solHm/(kJ mol-)AICI 31:40018-325.93CaCl21:40018-75.270KF1:11015-17.196MgCI 21:800-154.7518+35.392KNO31:20025+34.899NH4CI1:200+26.4931