測量冰的溶解熱

1、實驗：測定冰的熔解熱實驗者：1400012105 郭偉杰院系：生命科學學院實驗時間：2016/3/2實驗目的：1、 了解熱學實驗中的基本問題量熱和計溫2、 了解粗略修正散熱的方法3、 學習進行合理的實驗安排和參量選擇實驗原理：晶體物質的熔點是該物質固液平衡時的溫度，單位質量的晶體物質在熔點時從固態(tài)全部變?yōu)橐簯B(tài)所需的熱量叫做該晶體的融化熱。本實驗采用混合量熱法來測定冰的熔化熱，即通過某已知質量和比熱的物質，計算該物質在與待測熔化熱的物質的混合中所傳遞的熱量等于未知物質所吸收的熱量，即冰從初始溫度T1上升至熔點0-在0熔化-液體從0上升至最終溫度T3所吸收的熱量等于已知物質水從初始溫度T2下降到最

2、終溫度T3時所釋放的熱量，用公式表示為mc3T0-T1+mL+mc0T3-T0=m0c0+m銅c銅T2-T3公式中m為冰的質量，T0為冰的熔點，T1為冰的初始溫度，T2為水的初始溫度，T3為體系平衡后的最終溫度，m0為水的質量，m銅為實驗儀器量熱筒內筒和攪拌器的總質量，c0為水的比熱容，c1為銅質物的比熱容，c2為冰的比熱容。實驗最理想的體系為孤立體系，即體系與外界之間無能量與物質交換，但實際中很難做到體系與外界無熱量交換，因此要調整實驗用水的初溫，以達到體系向外界散失的熱量與從外界吸收的熱量相等。需要用到牛頓冷卻定律粗略修正散熱：qt=KT-公式中q為系統(tǒng)散熱，t為時間間隔，K為散熱常量，為

3、實驗時室溫。結合實驗分析，在剛投入冰時，水溫高，冰的熔化速率快，故系統(tǒng)表面溫度下降快，隨著冰的不斷熔化，冰塊逐漸變小，水溫逐漸降低，冰的融化速度變慢，當系統(tǒng)溫度低于室溫時，系統(tǒng)從環(huán)境中吸收熱量。體系與環(huán)境交換的熱量為：q=t2t3T-Kdt=t2tT-Kdt+tt3T-Kdt=SA+SB故，只要SA與SB大致相等，則系統(tǒng)與外界的熱量交換總量幾乎為0。根據(jù)經(jīng)驗公式在T2-T3=103時，吸熱與放熱近乎相等。儀器用具：量熱器，電子天平（JA21001 分度值0.01g 穩(wěn)定時間3s），數(shù)字溫度計（半導體Pn結溫度計，鉑電阻傳感器溫度計），毛巾，秒表實驗內容：1、 用天平稱量量熱器內筒和攪拌器的總質

4、量m銅2、 記錄環(huán)境室溫3、 向內筒中注入高于室溫10-12的熱水約2/3體積，稱出此時質量m銅+水，求得m水4、 不斷輕輕用攪拌器攪拌內筒中的水，當系統(tǒng)內溫度相對穩(wěn)定時，開始測量量筒內水溫的變化，每20s記錄一次，至水溫幾乎不變。5、 迅速將冰放入量熱器內，記錄冰的初始溫度T1，不斷用攪拌器攪拌，每10s記錄一次溫度，直至溫度穩(wěn)定30s以上或有所回升時，記錄最終溫度T3.6、 稱量此時系統(tǒng)質量，m銅+水+冰，求得m冰實驗數(shù)據(jù)記錄及圖表與計算表一 質量及溫度記錄質量m（g）溫度T（°C）量熱器內筒+攪拌器142.74室溫24.8量熱器內筒+攪拌器+水293.27水溫36.6量熱器內筒

5、+攪拌器+水+冰320.02冰溫-25.2水150.53最終溫度18.7冰26.75表二 時間-溫度記錄時間（s）020406080100120（放冰）130140溫度（°C）36.836.836.736.736.736.636.635.433.2時間（s）150160170180190200210220230溫度（°C）30.226.123.221.220.019.218.718.718.7根據(jù)公式mc3T0-T1+mL+mc0T3-T0=m0c0+m銅c銅T2-T3L=1mm0c0+m銅c銅T2-T3-c3T0-T1-c0T3-T0=339.80Jg=3.39×

6、;105kJkg此時，T2-T3=1.97，放冰時間第120s，在第210s達到平衡溫度。結果討論與分析:1、 本次實驗中，比值T2-T3=1.97與書中所給經(jīng)驗參考值103有較大出入，證明系統(tǒng)與外界的能量交換的總量可能不為0.根據(jù)溫度-時間曲線，求得SA=247.8<SB=176.9,實驗過程中系統(tǒng)向外散發(fā)的熱量遠大于系統(tǒng)從外界得到的熱量，由此所求出來的L值偏大。2、 實驗過程中最容易出現(xiàn)的誤差為在攪拌過程中會有水的損失，使結果偏大。3、 在投入冰塊的時候，會打開蓋子后又合上，會有熱量散失，而且剛投入冰塊的時候所記錄到的溫度不一定是確實的溫度，因為攪拌器在這個時候發(fā)揮的功能有限，所測得

7、的溫度是未攪拌均勻時的溫度。4、 實驗中熱水會蒸發(fā)在量熱器內部凝結成水滴，這一部分水沒能將熱量與冰交換，使L值偏大，而且會有質量損失，只能通過實驗結束后，盡量將體系中的水重新倒入內筒中以求得較準的冰的質量。思考題：1、用混合量熱法必須保證什么實驗條件？在本實驗中是如何從儀器、實驗安排和操作等各個方面來力求保證的？要保證實驗體系為孤立體系或實驗過程中，體系與外界凈能量交換值為0；儀器方面，選取的是有內外筒相嵌，中間有空腔，上面有絕熱性比較好的蓋子的量熱器，盡量保證內筒溫度不散發(fā)出去；實驗安排方面，通過牛頓散熱公式計算出最佳的熱水溫度、環(huán)境溫度、體系最終溫度之間的比例關系，通過預實驗，根據(jù)經(jīng)驗比例

8、關系，能夠更好地確定真正實驗時所選取的熱水的溫度和質量，以達到盡量使散熱與吸熱相平衡的目的；在操作方面，要不斷用攪拌器攪拌，使體系溫度均勻，用攪拌器攪拌時盡量不要將水濺出，開閉量熱器蓋子要迅速，測量室溫與水溫的溫度計盡量使用同一溫度計，以減小誤差。2、試說明下列各種情況將使測出的冰的熔化熱偏大還是偏小？測T2時沒有攪拌不定，偏大或偏小測T2后到投入冰相隔了一段時間偏大攪拌過程中把水濺到量熱器的蓋子上偏大冰中含水或冰沒有擦干就投入偏小水蒸發(fā)，在量熱器絕緣蓋上結成露滴偏大3、 根據(jù)實測的T-t數(shù)據(jù)，以及計算出的冰的熔化熱L，試考慮以下問題：在實驗過程中，實驗系統(tǒng)從環(huán)境中吸熱與向環(huán)境散熱不能抵擋，是對本實驗結果L的主要影響嗎？本次實驗中強調經(jīng)驗比例T2-T3=103，但真正操作中的比例只有1.97103，意味著系統(tǒng)與外界的凈能量交換不為0，系統(tǒng)沒有進行完好的隔熱。但計算結果3.39