【清華】溶解熱的測定--2006030027

1、溶解熱的測定吳大維2006030027 生64 同組實(shí)驗(yàn)者：王若蛟實(shí)驗(yàn)日期：2008年5月16日 提交報(bào)告日期：2008年5月30日指導(dǎo)教師：張連慶1引言實(shí)驗(yàn)?zāi)康?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)。.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。.復(fù)習(xí)和掌握常用的測溫技術(shù)。實(shí)驗(yàn)原理基本實(shí)驗(yàn)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(shí)進(jìn)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)于溶解過程的熱效應(yīng)，需要了解以下幾個基本概念

2、。溶解熱 在恒溫恒壓下，溶質(zhì)B溶于溶劑人（或溶于某濃度溶液）中產(chǎn)生的熱效應(yīng)，用As01H表不。摩爾積分溶解熱在恒溫恒壓下，1mo1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As01Hm表示。&so1Hm = 41H（1）Hb式中，Hb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，1mo1溶質(zhì)溶于某一確定濃度的無限量的溶液中產(chǎn)生的二：,H二：H熱效應(yīng)，以（J）TPn表示，簡寫為（乙0，。l，P，nAnA二Hb二nB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 1mo1溶質(zhì)的溶液中加

3、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Adi1Hm表示。4i1 H m = Ao1 H m2 - Ao1 H m1（2）式中，&so1Hm2、&so1Hm1為兩種濃度的摩爾積分溶解熱。精品文檔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（堂里北片四表示，簡寫為（壇巨臣。 TOC o 1-5 h z , ,BB-nA二nA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AsoiH =(。，胴)(3)由(3)式可推導(dǎo)得：,一： ：SO1H、，小s01H nA()T ,P ,nB nB()T ,P,

4、nA(4)：nA部(5)H nA ：soiH,：:：soiHs01Hm -( 一 )T,P,nB ( 一)T,P,nAnB 二nA二nB令 n0 =nA/nB , (5)改寫為:soiH、：so1H、so1Hm- n0(_)T,P,nB+(_)T,P,nA(6)二nA B 二nB（6）式中的Zkso1Hm可由實(shí)驗(yàn)測定，no由實(shí)驗(yàn)中所用的溶質(zhì)和溶劑的物質(zhì)的量計(jì)算得到。作出Aso1 H m - no曲線，見圖2-3-1。曲線某點(diǎn)（n0i）的切線的斜率為該濃度下的摩爾微分稀AD釋熱（即AD）,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n02CD點(diǎn)的摩爾溶解熱與 n01點(diǎn)的摩

5、爾溶解熱之差為該過程的摩爾積分稀釋熱（即 BE）。圖2-3-1斕8加阿圖也精品文檔由圖2-3-1可見，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(shí)驗(yàn)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Ac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(jì)測溶解焰本實(shí)驗(yàn)是采用絕熱式測溫量熱計(jì)，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(shí)驗(yàn)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(bǔ)償法，即先測定體系的起始溫度，溶解過程中體系

6、溫度隨吸熱反應(yīng)進(jìn)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。再由下式可求算出溶解熱s01H =Q . T , Q=I2RTT2 T式中，工、T2為加入溶質(zhì)始末的體系的溫度；Q為使體系從T；升至T；時(shí)的電熱（J）； T2、T/為電加熱始末的體系溫度，I為電流強(qiáng)度（A）； R為加熱器電阻（C）; T為通電加熱時(shí)間（S）。本實(shí)驗(yàn)采用熱敏電阻測溫系統(tǒng)（詳見附錄溫度的測量與控制），（T2-T1）為溶解過程校正后的峰高，（丁2-T/）為加熱過程校正后的峰高。2、實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)藥品、儀器型號及實(shí)驗(yàn)裝置示意圖實(shí)驗(yàn)儀器：圖2實(shí)驗(yàn)裝置示意圖杜瓦瓶（保溫瓶）、CJ-2磁力攪才器、DYY-7

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(shí)驗(yàn)裝置示意圖如右側(cè)圖2所示。實(shí)驗(yàn)藥品：KNO3 （分子量 101.10）實(shí)驗(yàn)條件平均室溫：24.0 C實(shí)驗(yàn)操作步驟及操作要點(diǎn)精品文檔圖2-3-3記錄儀記錄的加熱-溶解過程溫度變化曲線3結(jié)果與討論原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)平均室溫：24.0OCVh20 =500mlp H20 (24.0oC) =0.9972995g/cm3浸入式加熱器電阻阻值R = 14,321 ?表1溶解熱測定的原始數(shù)據(jù)記錄表序號息/g剩余質(zhì)量/gI/At/S底解前h溶解后? h溶解

8、h加熱前h加熱后? h加熱156.501851.06310.95710174.624.849.829.174.345.2257.452950.99500.95814674.619.255.420.683.462.8358.191451.48550.95914383.527.855.727.988.360.4459.221850.84120.95814388.420.368.121.982.260.3559.261350.85450.95814282.315.766.616.677.560.9658.131251.00030.95810677.523.054.523.772.448.7757.1

9、42551.00970.95810572.627.944.728.071.243.2h值由雷諾作圖法給出，詳情見圖233, h值即為相應(yīng)切線上規(guī)定點(diǎn)（如C DE、F)在記錄紙上對應(yīng)的格數(shù)。A h為兩切線的雷諾作圖法距離， 實(shí)際上代表了加熱或溶解前后的溫差。計(jì)算的數(shù)據(jù)、結(jié)果精品文檔用EXCEL寸數(shù)據(jù)進(jìn)行處理可得下表:表2數(shù)據(jù)處理表格序m/g累 mb /g累計(jì)nb / moln0Q/J? H/J累計(jì)？ H/J-1? soiH m/KJ mol號15.43875.43870.0538514.941324.71459.51821459.518227.131026.457911.89660.117723

10、5.411918.921692.80663152.324726.789236.705918.60250.1840150.551883.421736.86024889.184926.571548.380626.98310.2669103.791879.492122.61007011.794926.271758.406835.38990.350079.141866.352041.03129052.826125.861667.130942.52080.420665.861393.191559.113610611.939725.231676.132848.65360.481257.561380.051

11、427.964612039.904325.0184其中 n0=na/nb=(500/18)/nb, Q=I2Rt, ?H =Q/? h加熱 x?h溶解,?solHm=累計(jì)?H/累計(jì)nb。以n0為x軸，以？soiHm為y軸,利用OriginPro7.5 作圖:nO(nA/nB)圖4 n0-?solHm曲線圖在n0等于80, 100, 200, 300, 400五點(diǎn)處分別做切線，并求出切線的斜率，便可獲知摩爾積 分溶解熱、摩爾微分溶解熱以及摩爾微分稀釋熱：精品文檔表3摩爾積分溶解熱、摩爾微分溶解熱以及摩爾微分稀釋熱n080100200300400?soiH m ( kJ/mol)25.818926

12、.206426.727826.887927.0117摩爾微分溶解烙（kJ/mol）23.740624.704126.316326.476826.5622摩爾微分稀釋次含（J/mol）25.978715.02282.05761.37041.1237同時(shí)還可以求出 80 100、l 00 200 200300、300400過程的摩爾積分稀釋熱表4摩爾積分稀釋熱？diiHm稀釋過程（以n0表示）80 100100200200300300400?dilHm (J/mol)387.5521.4160.1123.8其中，? dilHm=? solH m(n2)-?solH m(ni)討論分析與標(biāo)準(zhǔn)值對比計(jì)

13、算相對誤差查附表2-3-1有KNO3在溫度25 oC , n0=200時(shí)，摩爾積分溶解熱為34.899 kJ - mol-1 ,本實(shí)驗(yàn)室溫24.0 C,與文獻(xiàn)溫度接近，可計(jì)算相對誤差得：|26.728-34.889|/34.889=23.39%誤差分析通過計(jì)算大致的相對誤差可知本次實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)了比較大的誤差。在OriginPro7.5 中采取的是第二順序指數(shù)衰減擬合，R值較大（R2= 0.9939 ）;但如果在EXCEL中采用對數(shù)擬合，則數(shù)據(jù)點(diǎn)偏離擬合線較遠(yuǎn)， 這仍然體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差。這種情況一方面是由于實(shí)驗(yàn)器材的不準(zhǔn)確和不理想決定的，另一方面也與實(shí)驗(yàn)操作和處理數(shù)據(jù)的方法有關(guān)。在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，

14、需要把去離子水的溫度調(diào)成和室溫一致，由于加入熱水后溫度計(jì)示值變化不靈敏，使得溫度調(diào)節(jié)有一定難度， 并且最終去離子水的溫度與室溫很可能仍有一定的差異。在向容器加入藥品的過程中，由于藥品潮解，附著在瓶底，所以加入的過程會有些延遲，增大了容器內(nèi)與外界的熱交換，也會造成誤差。特別是第一次加藥品時(shí)，瓶內(nèi)水濺到熱敏電阻上，使得指針?biāo)查g向左偏移，但蓋上瓶蓋后指針仍回到原處。在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)， 加藥品完成后，記錄儀指針本應(yīng)在一定時(shí)間內(nèi)走成直線， 但實(shí)際上 卻走成了折線，這很可能是由于儀器本身的因素造成的。 此情況的后果是，在畫圖計(jì)算峰高時(shí) 切線很難做出，并且不是很準(zhǔn)確，極大地影響了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。加熱過程中并不

15、能保證完全恒定的電流，前幾次加熱時(shí)電流表顯示總有1-3mA的波動，并且每一次打開加熱器，在我們沒有擰動旋鈕的情況下，電流也會較上一次加熱有所不同。所以應(yīng)當(dāng)記錄下每一次加熱的電流。實(shí)驗(yàn)中我們采取了差減法的方式測量藥品質(zhì)量，向燒杯中加藥品時(shí)只能大致估計(jì)出加完精品文檔規(guī)定質(zhì)量藥品后燒杯的總質(zhì)量，而且加樣時(shí)藥品很難倒干凈，因此實(shí)際加入藥品的質(zhì)量與規(guī)定值有一些差距。而且，由于藥品易潮解，實(shí)際的藥品質(zhì)量可能略小于減量法算出的質(zhì)量，故本 實(shí)驗(yàn)的n0略小于實(shí)際值。在記錄紙上作圖時(shí)： 記錄筆印記有一定寬度，做切線時(shí)以及確定中線時(shí)均以筆跡右邊緣為準(zhǔn)；記錄紙左側(cè)的切線很難畫出，難免產(chǎn)生較大的誤差； 實(shí)驗(yàn)記錄紙上的讀

16、數(shù)采取了小數(shù)點(diǎn)后一位估讀的方法。在做摩爾積分溶解熱-no曲線過程中發(fā)現(xiàn)，前幾組尤其是第一組數(shù)據(jù)（加KNO35g）中的兩個峰高數(shù)值對曲線形狀影響很大，而峰高數(shù)值又主要由做出的切線決定，因 此切線作圖的準(zhǔn)確程度對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響是決定性的?？傮w的說，使用 Origin軟件作圖避免了因手工作圖中目測的因素所產(chǎn)生的較大誤差。4結(jié)論表3及表4的數(shù)據(jù)顯示了實(shí)驗(yàn)要求計(jì)算的各項(xiàng)數(shù)值，并且可以從表中看出，隨著 KNO3的濃 度的增大（”的減?。耗柗e分溶解熱逐漸增加；摩爾微分溶解熱逐漸增加；摩爾微分稀釋熱逐 漸減小；摩爾積分稀釋熱先增大后減小。5參考文獻(xiàn)清華大學(xué)化學(xué)系物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)編寫組，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)，清華大學(xué)出版社，1992。6附錄（思考題）如何用本裝置測定液體的比熱？答：方法與本實(shí)驗(yàn)類似，首先在保溫桶內(nèi)加入一定量待測液體并調(diào)節(jié)至與外界熱平衡。稍 加熱液體，待溫度穩(wěn)定后加入質(zhì)量精確測量、溫度低于環(huán)境溫度且已知的同種液體，則體系溫 度下降。再加熱體系至原溫度，電流熱效應(yīng)等于新加入液體從初溫到末溫吸收的熱量。多次加 入不同質(zhì)量的液體，分別求出每次的熱效應(yīng)，以每次加入液體的質(zhì)量與溫度變化的格數(shù)乘積為 橫坐標(biāo)，熱效應(yīng)為縱坐標(biāo)作圖，擬合直線后的斜率即為比熱容。如果反應(yīng)是放熱的如