物化實(shí)驗(yàn)報告：溶解熱的測定

1、實(shí)驗(yàn)3溶解熱的測定李天奇2012012415生23 同組實(shí)驗(yàn)者：高艷君 實(shí)驗(yàn)口期：2014年12月6 口 提交報告h期：2014年12月15 h 帶實(shí)驗(yàn)的老師：紀(jì)今朝1引言本實(shí)驗(yàn)的目的在于通過測量硝酸鉀在不同濃度水溶液中的溶解熱，并求出硝酸鉀在水中溶解過程中的各種熱效應(yīng)。同吋掌握量熱裝置的基本組合及電熱補(bǔ)償法測定熱效應(yīng)的基本原 理。物質(zhì)溶于溶劑中，一般伴隨著熱效應(yīng)的發(fā)生。鹽類溶解伴隨著晶格的破壞、離子或分 子的溶劑化、分子電離（對電解質(zhì)而言）等，因而會出現(xiàn)熱效應(yīng)。溶解熱指恒溫恒壓下溶質(zhì)b溶于溶劑a中（或某濃度溶液中）產(chǎn)生的熱效應(yīng)，用®ii 表示。摩爾積分溶解熱為1 mol溶質(zhì)產(chǎn)生的溶

2、解熱。摩爾微分溶解熱指1 mol溶質(zhì)溶于某一確定濃度的無限量的溶液中產(chǎn)生的熱效應(yīng)?？?用溶解熱曲線上的切線來表示。稀釋熱指在恒溫恒壓下，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(yīng), 可用兩種濃度下的溶解熱之差來求得。摩爾積分稀釋熱、摩爾微分稀釋熱的定義與溶解熱類似。本實(shí)驗(yàn)使用累加的方法，分多次加入溶質(zhì)并測出熱效應(yīng)。本實(shí)驗(yàn)使用絕熱式測溫量熱法，通過電熱補(bǔ)償法來標(biāo)定熱量。也即先測定體系的起始溫 度，隨著溶解過程的進(jìn)行，體系的溫度會逐漸降低，再使用電熱法使體系升溫至起始溫度。通過該方法換算到的溶解熱。2實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)藥品、儀器型號及測試裝f研細(xì)的硝酸鉀（ar）。750 ml保溫瓶1個，加樣

3、管，磁力加熱攪拌器1臺，熱敏電阻測溫裝置1套，加熱器,直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電流毫安表，秒表，500 ml容量瓶1只，1000ml燒杯，溫度計，分析天平, 高精度萬用表，無紙記錄儀，計算機(jī)及接口一套，惠斯通電橋。nr 二人電宓初樣i£| 2血呻曲辭7型奴電魁圖1測試裝置示意圖2.2實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件環(huán)境條件：室溫°c,濕度,大氣壓:101.72 kpa02.3實(shí)驗(yàn)操作步驟及方法要點(diǎn)231步驟1）檢查、安裝儀器裝置。2）収不少于500 ml去離子水，調(diào)節(jié)至室溫后，用容量瓶量取500 ml后加入保溫瓶屮， 打開攪拌器，調(diào)節(jié)惠斯通電橋至計算機(jī)所顯示的電壓為10 mv左右，并且使該值穩(wěn)定一段 時間

4、。3）打開穩(wěn)流電源輸出電流，加熱保溫器里的水至計算機(jī)示數(shù)為14mv左右，待示數(shù)穩(wěn) 定后，再記錄約8 mine4）用減量法稱取約5g的硝酸鉀，迅速加入到保溫瓶屮。至電壓值下降至穩(wěn)定后，再記 錄約8 mino根據(jù)下降的電壓值汁算之后再加入不同質(zhì)量硝酸鉀時要加熱到的溫度使得曲線 在基線上下分布大致均勻。5）待記錄儀記錄約8 min后，打開加熱電源，同時開始計時，并記錄毫安表示數(shù)，待 電壓值上升到一定值時關(guān)閉電源，并停止計時。讀取加熱時間，再記錄約8 min左右。6）用減量法稱取約6g的硝酸鉀，迅速加入到保溫瓶屮。至電壓值下降至穩(wěn)定后，再記 錄一段時i'可。7）重復(fù)步驟4）、5）、6）,依次加

5、入的硝酸鉀大致質(zhì)量為7g、8g、8g、7g> 6g=8）最后一次加入硝酸鉀，并用電熱補(bǔ)償法使其回復(fù)到加熱前的溫度后，停止實(shí)驗(yàn)。9）使用萬用表測量實(shí)驗(yàn)所用加熱器的阻值r。2.3.2注意事項1）加熱時要注意時間的記錄，溫度盡量不要超過記錄儀的量程。根據(jù)加入樣品量的 多少來調(diào)節(jié)初始溫度的高低。2）樣品要研磨仔細(xì)，減少塊狀樣品的出現(xiàn)，盡量不要將樣品加至壁上或者電極上。3）實(shí)驗(yàn)開始時盡量保證去離子水為室溫。4）攪拌時注意使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，不要太快同時也需要起到攪拌的效果。3結(jié)果與討論3.1原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)3.1.1原始數(shù)據(jù)表1實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄實(shí)驗(yàn)組別1234567硝酸鉀質(zhì)量倫）5.55326.00327

6、.15037.6313&23637.04705.7313硝酸鉀摩爾數(shù)（mol）0.054930.059380.070720.075480.081460.069700.05669加熱電流（ma）957957957957957957957加熱時間（s）173.44185.03180.64217.12177.65175.75138.81實(shí)驗(yàn)所用加熱器的阻值rr2.96 q。并有電壓隨時間的變化曲線的原始數(shù)據(jù)。其中硝酸鉀摩爾質(zhì)量為101.1032 g/rnolo3.1.2計算方法及公式m origins做出電壓時間圖，并用雷諾圖解法進(jìn)行校正，得出加熱過程的t；,t 和溶2解過程的人,t2

7、71;根據(jù)式asolhm =q*（ t -/ （t2*- t；）,其中利用q=i *r*t可求出相應(yīng)對應(yīng)的 solllm。將so%與列表并作圖，從中分別求出為80, 100,200,300,400 處的摩爾枳分溶解熱，微分溶解熱，微分稀釋熱。再從圖中求出為80-100, 100-200, 200-300, 300-400過程的摩爾稀釋熱。32計算的數(shù)據(jù)、結(jié)果用origin可做出實(shí)驗(yàn)川的電壓時間圖，結(jié)果如圖2。圖2 origins電壓時間圖對每一個部分使用雷諾校正法法進(jìn)行溫度校正值的求解，首先對于每一個溫度的變化值取 出其突變點(diǎn)處的溫度值，對上下溫度值取平均并求出該溫度值下的時間。在該時間處做一

8、條 平行于y軸的直線。對上下平臺期分別進(jìn)行線性擬合并求出與之前直線的交點(diǎn)，將交點(diǎn)處的 溫度值作為校止后的溫度值。之后將求出的 h與-列為表2。soi ni o表2實(shí)驗(yàn)屮n及對應(yīng)的厶hm0sol 111實(shí)驗(yàn)組別1234567anb (mol)0.054930.059380.070720.075480.081460.069700.05669no505.7243.0150.1106.681.2467.4859.31t24.4155.3134.5572.8423.5594.1646.938ti15.4716.2717.7116.7317.6715.5415.64abs(t-t)11.0610.9613

9、.1513.8914.1111.388.70t2，16.3017.6516.7417.7115.4715.6815.604.7995.3664.1343.2703.6913.8716.370t 't，2 111.5012.2812.6114.4411.7811.819.23q/kj2.0592.1962.1442.5772.1092.0861.648solh(kj)1.9801.9602.2362.4792.5262.0101.553solhm(kj/mol)36.0533.0131.6232.8431.012&8427.40利用上面得到的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行曲線的擬合。其中含去了第三個

10、點(diǎn) - bgauss fit of b36-32-00equabonyyo 財2)m r square07s477vistandard enoreyo-147 0256127277.257248kc501 1154471760321bw3103 63107240786 23006ba711«5 489621 61332e881551 815538fwhmb1b30122328-2004001600圖3 origin8.5做出的 h與n擬合曲線圖(ra2=0.7548) 2sol m()利用origin中額外的tangent的工具對圖像上各點(diǎn)處的切線進(jìn)行求解。并求出其斜率與截距分別得到

11、摩爾微分稀釋熱與摩爾微分溶解熱。表3硝酸鉀在室溫下溶解的熱效應(yīng)n080100200300400摩爾積分溶解熱(kj/mol)29.4229.9732.5634.4735.59摩爾微分溶解熱(kj/mol)26.9127.0228.4131.2635.86摩爾微分稀釋0.030720.029490.022520.015280.00752熱(kj/mol)表4 變化過程中的摩爾積分稀釋熱珈變化80-100100-200200-300300-400adilhin(kj/mol)0.552.591.911.123.3討論分析3.3.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果中間的第三組數(shù)據(jù)的誤差較大，偏離了預(yù)定的擬合

12、曲線，同時也違背了理 論上對于數(shù)值變化規(guī)律的定性分析。分析原因很人程度是由于我們對于硝酸鉀的研磨程度不 足造成的。前幾組數(shù)據(jù)是在準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)的時候研磨的硝酸鉀，因此時間不是很急，研磨的也比 較細(xì)致。但是在笫三組實(shí)驗(yàn)的時候，研磨好的硝酸鉀使用殆盡，因此我們臨時開始重新研磨 -批硝酸鉀，因?yàn)閰奸g比較急，研磨的并沒有那么充分，顆粒并不夠小。因此在加入硝酸鉀 后的曲線并沒有像之前一樣一直陡然下降到底，而是先小的顆粒溶于其中而陡然下降一部分, 而后大的顆粒逐漸溶在其中而造成z后的曲線較為平緩的下降。因此由于難以準(zhǔn)備判斷硝酸 鉀完全溶解的時間而使得在曲線上尋找溫度的突變點(diǎn)和進(jìn)行溫度的線性擬合都出現(xiàn)了一定 的休

13、i難。因此在后期數(shù)據(jù)處理的時候很容易由于曲線部分選擇不準(zhǔn)確而造成線性擬合出來的 直線與真實(shí)直線有一定偏差。又由于大的顆粒的存在使得整個溶解的時間整體的加長而使得 擬合直線上較小的偏差被進(jìn)一步的放大而造成較為明顯的誤差。3.3.2實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析每次加熱的曲線較為比值而后幾組的實(shí)驗(yàn)中加入硝酸鉀后下降的曲線出現(xiàn)先快速下降, 而后緩速下降的現(xiàn)象。分析原因很可能是由于硝酸鉀的顆粒研磨不足造成的。3.3.3實(shí)驗(yàn)改進(jìn)本次實(shí)驗(yàn)在加入硝酸鉀時需要打開保溫瓶的蓋子，由于在秋季學(xué)期，室內(nèi)室溫只有六 度的環(huán)境下會對熱量測量有較人的影響，可以在之后的實(shí)驗(yàn)中對添加樣品裝置予以改進(jìn)，如 書中所示的形式來盡量減少熱量的損耗。4

14、結(jié)論本實(shí)驗(yàn)通過電熱補(bǔ)償法測量了硝酸鉀溶解的的各種熱效應(yīng)，并基本驗(yàn)證了隨著珈的變化而導(dǎo)致的摩爾積分溶解熱大小的變化規(guī)律。5參考文獻(xiàn)1賀德華，麻英，張連慶等基礎(chǔ)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材。高等教育出版社。6思考題6.1如何用本裝置測定液體的比熱？比熱是指單位質(zhì)量物質(zhì)改變單位溫度時的吸收或釋放的熱量。采用木裝置將質(zhì)量的液體加 熱到高于室溫的溫度，停止加熱后，記錄溫度變化至變化穩(wěn)定，記錄下加熱的時間及電流值，2重復(fù)幾組實(shí)驗(yàn)。已知待測液體的質(zhì)量，并能夠測出加熱電阻的電阻值，通過q = 1 rt = cmat, 即可算出液體比熱im6.2如果反應(yīng)是放熱的如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)？可通過這樣的方法：先加入樣品導(dǎo)致溶液升溫，之后通入冷卻水進(jìn)行熱交換，待溶液溫度 下降圖線走平穩(wěn)后再用電加熱升溫，此時記錄加熱電流值、吋間以及阻值。然后改變每次 加入的樣品量重復(fù)實(shí)驗(yàn)，仍可用本實(shí)驗(yàn)中的公式來計算溶