溶解熱的測定

1、 溶解熱的測定溶解熱的測定湘南學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)系實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康?1. 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。 2. 用電熱補償法測定KNO3在不同濃度水溶液中的積分溶解熱。 3. 用作圖法求KNO3在水中的微分沖淡熱、積分沖淡熱和微分溶解熱。實驗原理實驗原理1,2npTnQ12nnQ1. 在熱化學(xué)中，關(guān)于溶解過程的熱效應(yīng),有下列幾個基本概念。溶解熱溶解熱 在恒溫恒壓下，n2mol溶質(zhì)溶于n1mol溶劑(或溶于某濃度溶液)中產(chǎn)生的熱效應(yīng)，用Q表示，溶解熱可分為積分(或稱變濃)溶解熱和微分(或稱定濃)溶解熱。積分溶解熱積分溶解熱 在恒溫恒壓下，1mol溶質(zhì)溶于n0mol溶劑中

2、產(chǎn)生的熱效應(yīng)，用Qs表示。微分溶解熱微分溶解熱 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。沖淡熱（或稀釋熱）沖淡熱（或稀釋熱） 在恒溫恒壓下，1mol溶劑加到某濃度的溶液中使之沖淡所產(chǎn)生的熱效應(yīng)。沖淡熱也可分為積分(或變濃)沖淡熱和微分(或定濃)沖淡熱兩種。積分沖淡熱積分沖淡熱 在恒溫恒壓下，把原含1mol溶質(zhì)及n01mol溶劑的溶液沖淡到含溶劑為n02時的熱效應(yīng)，亦即為某兩濃度溶液的積分溶解熱之差，以Qd表示。微分沖淡熱微分沖淡熱 在恒溫恒壓下，1mol溶劑加入某一確定濃度的無限量的溶液中產(chǎn)生的熱效應(yīng)，以2,2npTnQ表示，簡寫為22nnQ2.

3、 積分溶解熱QS可由實驗直接測定，其它三種熱效應(yīng)則通過QS-n0曲線求得。設(shè)純?nèi)軇┖图內(nèi)苜|(zhì)的摩爾焓分別為Hm(1)和Hm(2)，當(dāng)溶質(zhì)溶解于溶劑變成溶液后，在溶液中溶劑和溶質(zhì)的偏摩爾焓分別為H1，m和H2，m，對于由n1mol溶劑和n2mol溶質(zhì)組成的體系，在溶解前體系總焓為H。Hn1Hm(1)n2Hm(2) (1)設(shè)溶液的焓為H，Hn1H1，mn2H2，m (2)此混合（即溶解）過程的焓變?yōu)?)2() 1 ( )2() 1 (mix2mix1, 22, 11mixmmmmmmHnHnHHnHHnHHHQ 式中，mixHm (1)即為該濃度溶液的微分稀釋熱，mixHm (2)即為該濃度溶液的微

4、分溶解熱。 根據(jù)上述定義，積分溶解熱QS為 故在Qs n0圖上，某點切線的斜率即為該濃度溶液的微分稀釋熱，截距即為該濃度溶液的微分溶解熱。如圖所示：) 1 ()2(2122mmixmmixmixsHnnHnHnQQ) 1 ()2(0mmixmmixHnH圖2-2-1 QSn0關(guān)系圖 圖2-2-1中，AF與BG分別為將一摩爾溶質(zhì)溶于n01和n02摩爾溶劑時的積分溶解熱QS 曲線A點的切線斜率等于該濃度溶液的微分稀釋熱 切線在縱軸上的截距OC等于該濃度的微分溶解熱BE表示在含有一摩爾溶質(zhì)的溶液中加入溶劑，使溶劑量由n01摩爾增加到n02摩爾過程的積分稀釋熱Qd Qd=(QS)n02 - (QS)n

5、01=BG EG = BE CDADnQHnsmmix2)() 1 (021)()()()2(00222nsssnsmmixnQnQnQnnQH由此可見，欲求溶解過程中各種熱效應(yīng)，首先要測定各種濃度下的積分溶解熱，然后作圖計算。 3. 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的量熱系統(tǒng)。裝置及電路圖如圖2-2-2所示。圖2-2-2 量熱器及其電路圖1-伏特計；2-直流毫安表；3-直流穩(wěn)壓電源；4-測溫部件5-攪拌器；6-漏斗 因本實驗測定KNO3在水中的溶解熱是一個吸熱過程，可用電熱補償法,即先測定體系的起始溫度T，溶解過程中體系溫度隨吸熱反應(yīng)進行而降低，

6、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。 Q=I2Rt=UIt 式中，I為通過電阻為R的電熱器的電流強度(A)；U為電阻絲兩端所加電壓(V)；t為通電時間(s)。 利用電熱補償法，測定KNO3在不同濃度水溶液中的積分溶解熱，并通過圖解法求出其它三種熱效應(yīng)。實驗步驟實驗步驟1.將8個稱量瓶編號，在分析天秤上稱量（去皮），依次加入干燥好并在研缽中研細的KNO3，其重量分別為2.5g、1.5g、2.5g、3.0g、3.5g、4g、4g和4.5g，再用分析天平稱出準確數(shù)據(jù)(作好記錄)。2. 在臺秤上用杜瓦瓶(杜瓦瓶用前需干燥)直接稱取216.2g蒸餾水，放入攪拌子，插入溫度傳感器

7、（注意此時暫不連接加熱線），連好數(shù)據(jù)線，開啟電源，打開攪拌（形成一個小旋渦），打開采集軟件，有綠色燈閃亮即可。3.將上面稱量的樣品質(zhì)量填入Q-n的數(shù)據(jù)表中。4. 觀察體系溫度變化情況，當(dāng)溫度恒定不變后，將此溫度值填入環(huán)境溫度欄目中，作為環(huán)境溫度。 5.插入加熱器電極，通過電壓調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)電壓至6.5-7.0之間，同時將顯示的電流、電壓數(shù)值填入到軟件的相應(yīng)欄目中。填好后，點擊開始記錄，實驗即開始。 6. 觀察水溫變化 ，當(dāng)水溫慢慢上升到比室溫水高出0.5 （即T0.5）時，將顯示可以開始實驗的提示。這時點擊Q-T圖按鍵轉(zhuǎn)換成T-T圖界面。當(dāng)T0.5時，中間欄目會出現(xiàn)“請放入第1 個樣品”，然后勻

8、速地從加樣漏斗處加入第一份樣品（加入速度不能太快也不能太慢），并將殘留在漏斗上的少量KNO3全部掃入杜瓦瓶中（不能有損失）。加入KNO3后，溫度會很快下降，然后再慢慢上升，待上升至起始溫度（即T0.5）時，中間欄目會出現(xiàn)“請放入第2 個樣品” ，然后勻速地加入第2 個樣品。依次按上述步驟繼續(xù)測定，直至8份樣品全部加完后，出現(xiàn)“請放入第9 個樣品”時。點擊停止記錄按鍵實驗結(jié)束。然后點擊保存數(shù)據(jù)按鍵進行保存。 7.將電流、電壓、環(huán)境溫度、加熱功率及Q-n數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)記錄在原始數(shù)據(jù)記錄紙上，實驗人員簽字后，交指導(dǎo)老師簽名。實驗注意事項實驗注意事項 實驗過程中要求I、U值恒定，故應(yīng)隨時注意調(diào)節(jié)。 固

9、體KNO3易吸水，故稱量和加樣動作應(yīng)迅速。為確保KNO3迅速、完全溶解，在實驗前務(wù)必研磨到200目左右，并在110烘干。 整個測量過程要盡可能保持絕熱，減少熱損失。因量熱器絕熱性能與蓋上各孔隙密封程度有關(guān)，實驗過程中要注意蓋嚴。 測定完畢后，切斷電源，打開量熱計，檢查KNO3是否溶完，如未全溶，則必須重作；溶解完全，可將溶液倒入回收瓶中，把量熱器等器皿洗凈放回原處。 實驗數(shù)據(jù)處理實驗數(shù)據(jù)處理1. 根據(jù)溶劑的質(zhì)量和加入溶質(zhì)的質(zhì)量，求算溶液的濃度，以n0表示：累累WWnnn11221 .10102.182 .21632KNOOH02. 按Q=IUt公式計算各次溶解過程的熱效應(yīng)。3. 按每次累積的濃

10、度和累積的熱量，求各濃度下溶液的n0和QS。以上3步的計算電腦已處理，可將計算結(jié)果與之比較。4. 將以上數(shù)據(jù)列表（如下表），并用Origin中繪制QS-n0圖。并進行Logistic線性擬合，如下圖所示。 實驗數(shù)據(jù)處理實驗數(shù)據(jù)處理樣品號12345678n0481.97300.61185.60127.0792.9270.7957.3347.27Qs32376.1532010.7631312.2530473.6629653.0828869.6528202.8627496.70實驗數(shù)據(jù)處理實驗數(shù)據(jù)處理得其線性方程： = 32951.53 + (22450.06-32951.53)/(1 + (n0/

11、49.86) 1.2729) R=0.9993 sQ求當(dāng)n080、100、200、300、400各點的積分溶解焓sQ (J/mol)值。 積分溶解焓sQn080100200300400 (J/mol)2923529885314213198132259將所得曲線方程對n0求導(dǎo)，將上述幾個n0值代入所得的導(dǎo)函數(shù)，求出這幾個點上的切線的斜率，即為溶液n0在這幾個點處的微分稀釋焓。求得一階導(dǎo)數(shù)方程為： sQAmH,=32952+(22450-32952)/(1+( n0/49.9)1.3) 實驗數(shù)據(jù)處理實驗數(shù)據(jù)處理微分稀釋焓AmH,n080100200300400 (J/mol)38.208527.63408.32303.73812.0590BmAmsHHnQ,0sQAmH,BmH,AmsBmHnQH,0,利用一元函數(shù)的點斜式公式求截距（微分溶解熱）式中為積分溶解熱，為微分稀釋熱，所以溶液在n0這幾點處的微分溶解焓可由下式求得：微分溶解焓BmH,n080100200300400 (J/mol)2617827122297563086031435為微分溶解熱，實驗數(shù)據(jù)處理實驗數(shù)據(jù)處理n080100100200200300300400積分稀釋焓 (J/mol)6501536560278最后計算溶液n0為8