實驗3溶解熱的測定

1、實驗3 溶解熱的測定坂井優(yōu) 2013080091 化32 同組實驗者：鄭少冬實驗日期：2015-11-26 提交報告日期：2012-12-4帶實驗老師：1 引言1.1 實驗?zāi)康?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(yīng)。 2掌握量熱裝置的基本組合及電熱補償法測定熱效應(yīng)的基本原理。3復(fù)習(xí)和掌握常用的測溫技術(shù)。1.2 實驗原理1.2.1 基本實驗原理物質(zhì)溶于溶劑中，一般伴隨有熱效應(yīng)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(yīng)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(xué)中，關(guān)于溶解過程

2、的熱效應(yīng)，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(yīng)，用表示。摩爾積分溶解熱 在恒溫恒壓下，1mol溶質(zhì)溶解于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(yīng)。用表示。 （1）式中, 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)生的熱效應(yīng)，以表示，簡寫為。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(yīng)。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(yīng)，以表示。 （

3、2）式中，、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(yīng)，以表示，簡寫為。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，即 （3）由（3）式可推導(dǎo)得： （4）或 （5）令，（5）改寫為： （6）（6）式中的可由實驗測定，由實驗中所用的溶質(zhì)和溶劑的物質(zhì)的量計算得到。作出曲線，見圖2-3-1。曲線某點（）的切線的斜率為該濃度下的摩爾微分稀釋熱（即），切線與縱坐標(biāo)的截距，為該濃度下的摩爾微分溶解熱（即OC）。顯然，圖中點的摩爾溶解熱與點的摩爾溶解熱之差為該過程的摩爾積分稀釋熱（即BE）。由圖2-3-1可

4、見，欲求溶解過程的各種熱效應(yīng)，應(yīng)當(dāng)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(yīng)，根據(jù)先后加入溶質(zhì)總量可求出，而各次熱效應(yīng)總和即為該濃度下的溶解熱。1.2.2 用簡易量熱計測溶解焓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(biāo)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(yīng)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(yīng)Q。再由下式可求算

5、出溶解熱 ， （7）式中，、為加入溶質(zhì)始末的體系的溫度；Q為使體系從升至?xí)r的電熱（J）； 、為電加熱始末的體系溫度，為電流強度（A）；為加熱器電阻（）；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），（）為溶解過程校正后的峰高，（）為加熱過程校正后的峰高。2、實驗操作2.1 實驗藥品、儀器型號及實驗裝置示意圖實驗儀器：杜瓦瓶（保溫瓶）、CJ-2磁力攪拌器、DYY-7轉(zhuǎn)移電泳儀（恒流源）、浸入式加熱器、熱敏電阻、惠斯通電橋、XWT-204臺式自動平衡記錄儀、500mL容量瓶、大燒杯、AR1140/C電子天平、研缽。實驗裝置示意圖如右側(cè)圖2所示。實驗藥品：KNO3（分

6、子量101.10）2.2 實驗條件圖2 實驗裝置示意圖平均室溫：24.02.3 實驗操作步驟及操作要點(1)裝好儀器，保持儀器裝置的絕熱性能良好(2) 測量室溫，取不少于500mL的去離子水，調(diào)整至室溫，用500mL容量瓶定容，加入500mL去離子水到保溫瓶內(nèi)，電腦收集數(shù)據(jù)開始(3) 在天平上稱量5gKNO3備用（減量法，硝酸鉀研磨至60目以上）(4) 打開攪拌器，待保溫瓶內(nèi)溫度基本穩(wěn)定后，記錄約4min。電源調(diào)至恒流，打開電源開始加熱，電流調(diào)至950mA左右，待基線走至14mV左右停止加熱。待穩(wěn)定后，加入事先準(zhǔn)備好的KNO3固體，待溫度穩(wěn)定后再記錄8min左右(5) 打開電源加熱，同時計時，

7、待溫度升高至對稱位置附近時，停止加熱，并記錄加熱時間，之后再記錄8min左右(6) 按上述步驟再分別加入6g、7g、8g、8g、7g、6g的硝酸鉀固體(7) 測量加熱器阻值2.4注意事項1. 注意加熱時間，不要使溫度過高超過儀器量程2. 加樣時要將樣品全部加入，不要有黏附3. 去離子水的溫度應(yīng)盡量調(diào)整至與室溫一致3 結(jié)果與討論3.1原始實驗數(shù)據(jù)加熱器阻值R=15.66，電流值I=950mA，(H2O，17)=0.9987g/mL表1 實際加入KNO3固體質(zhì)量及加熱時間序號1234567KNO3質(zhì)量(g)5.02126.00337.16898.00118.00267.00676.0068加熱時間

8、(s)139.72163.69183.06183.91180.8483.073.2計算的數(shù)據(jù)、結(jié)果對計算機記錄的原始數(shù)據(jù)進行雷諾圖解法校正，得到下表（因為第1組第7組數(shù)據(jù)失效，因此對第2組第6組的數(shù)據(jù)進行處理）表2 實驗過程中實際溫度變化序號KNO3質(zhì)量(g)加熱時間(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根據(jù)表2中的校正數(shù)據(jù)，結(jié)合solHm與solH的計算式，進行數(shù)據(jù)處理可得表3 溶解熱數(shù)據(jù)處理結(jié)果序號mb(g)累計nb(mol)n0Q(J)solH(J)累計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根據(jù)表3數(shù)據(jù)，可以作出solHm-n0圖線，圖形如下所示圖2 solHm-n0圖3.3討論分析3.3.1 誤差分析本實驗的誤差主要出現(xiàn)在以下方面(1) 保溫瓶內(nèi)的溶液與外界環(huán)境始終存在熱交換，尤其在加入藥品時，由于KNO3易吸

11、潮，會吸附在稱量瓶底，導(dǎo)致加藥品時間較長，熱交換較多，而這一部分吸收的環(huán)境熱量在計算中被計入了溶解藥品時的熱量，導(dǎo)致每一次溶解熱的計算偏高(2) 由于分析天平為公用，無法保證分析天平在第一次稱量和第二次稱量時保持同一狀態(tài)，這一點可以在實驗過程中注意天平的使用來消除(3) 實際加熱與溫度變化存在一個滯后，因此即使采用雷諾圖解法進行校正，加熱時間和采用的初末態(tài)溫度一定會存在偏差，不可能完全對應(yīng)(4) 加樣時我們要打開保溫瓶，這會導(dǎo)致部分熱量散失，使得測量值偏小。所以盡量要快加樣品。(5) 電流表的電流變化并非突變，從打開電流表到達到950 mA需要幾秒鐘，此段時間認(rèn)為電流為950 mA，有一定誤差

12、。4 結(jié)論根據(jù)表4中數(shù)據(jù)可以看出，隨著KNO3濃度的增大，摩爾積分溶解熱不斷增大，摩爾微分溶解熱不斷增大，而摩爾微分稀釋熱不斷減小5 參考文獻 1 基礎(chǔ)物理化學(xué)實驗賀德華麻英張連慶編高等教育出版社 2 化工原理（上冊）（第三版）蔣維鈞戴猷元顧忠君編著清華大學(xué)出版社6 附錄（思考題） 6.1 如何用本裝置測定液體的比熱？答：方法與本實驗類似，不過加入物質(zhì)由硝酸鉀固體變?yōu)樯倭繙囟鹊陀诃h(huán)境溫度的對應(yīng)液體，待溫度穩(wěn)定后，運用電加熱的方法提升溫度，再加入質(zhì)量不同的少量液體，如此多次，計算出每次的熱效應(yīng)。之后根據(jù)每次的熱量守恒關(guān)系，結(jié)合電加熱傳入的熱量，即可計算出液體的比熱。即由Q=I2Rt；Q=cmt兩式，其中I 由精密電流表測得，R由萬用表測得，t由秒表測得，m由天平測的t由溫