物化實驗報告溶解熱的測定_KCl、KNO3

1、華南師范大學(xué)實驗報告學(xué)生姓名 學(xué) 號_ 專 業(yè) 化學(xué)（師范） 年級、班級_ 課程名稱 物理化學(xué)實驗 實驗項目 實驗類型 驗證 設(shè)計 綜合 實驗時間 年 月 日實驗指導(dǎo)老師 實驗評分 【實驗?zāi)康摹?. 設(shè)計簡單量熱裝置測定某物質(zhì)在水中的積分溶解熱。2. 復(fù)習(xí)和掌握常用的量熱技術(shù)與溫度測定與校正方法。3. 由作圖法求出該物質(zhì)在水中的摩爾稀釋焓、微分溶解焓、微分稀釋焓?！緦嶒炘怼咳芙鉄幔礊橐欢康奈镔|(zhì)溶解于一定量的溶劑中所產(chǎn)生的熱效應(yīng)。溶解熱除了與溶劑量及溶質(zhì)量有關(guān)外，還與體系所處的溫度及壓力有關(guān)。溶解熱分為積分溶解熱和微分溶解熱。積分溶解熱是指在等溫等壓下把1mol溶質(zhì)溶解在一定量的溶劑中時所

2、產(chǎn)生的熱效應(yīng)。它是溶液組成的函數(shù)，若形成溶液的濃度趨近于零，積分溶解熱也趨近于一定值，稱為無限稀釋積分溶解熱。積分溶解熱是溶解時所產(chǎn)生的熱量的總和，可由實驗直接測定。微分溶解熱是等溫等壓下，在大量給定濃度的溶液里加入1mol溶質(zhì)時所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，它可以表示為，因溶液的量很大，所以盡管加入1mol溶質(zhì)，濃度仍可視為不變。微分熱難以直接測量，但可通過實驗，用間接的方法求得。溶解熱的測量可通過絕熱測溫式量熱計進(jìn)行，它是在絕熱恒壓而且不做非體積功的條件下，通過測定量熱系統(tǒng)的溫度變化，而推算出該系統(tǒng)在等溫等壓下的熱效應(yīng)。本實驗采用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)法進(jìn)行量熱計能當(dāng)量的標(biāo)定。利用1molKCl溶于200mL水中的積

3、分溶解熱數(shù)據(jù)進(jìn)行量熱計的標(biāo)定。當(dāng)上述溶解過程在恒壓絕熱式量熱計中進(jìn)行時，可設(shè)計如下途徑：n1 KCl(aq)量熱計，T2n1 KCl(s)+n2 H2O(l)量熱計，T1 等壓、絕熱，Qp=H=0 n1 KCl(s)+n2 H2O(l)量熱計，T2 H1 H2在上述途徑中，H1為KCl(s)、H2O(l)及量熱計從T1等壓變溫至T2過程的焓變，H2則為在T2溫度下，物質(zhì)的量為n1 mol的KCl(s)溶于n2 mol H2O(l)中，形成終態(tài)溶液的焓變。因為 H=H1 +H2=0 H2 = H1 所以 H1= n1 Cp,m(KCl,s)+ n2Cp,m( H2O,l)+K×(T2T

4、1) H2=n1solHm K=n1 Cp,m(KCl,s)+ n2Cp,m( H2O,l)+ n1solHm/( T2T1) =m1 Cp (KCl,s)+ m2 Cp ( H2O,l)+ m1solHm/M1T （1） 式中，m1、m2分別為溶解過程加入的KCl(s)和H2O(l)的質(zhì)量；Cp,m為物質(zhì)的恒壓比熱容；Cp (KCl,s)=0.699kJ/(kg·K)，Cp ( H2O,l)=4.184 kJ/(kg·K)；M1為KCl的摩爾質(zhì)量；T= T2T1，即為溶解前后系統(tǒng)溫度的差值；solHm為1mol KCl溶解于200mL H2O的積分溶解熱，其不同溫度下的積

5、分溶解熱值見附錄。通過式（1）可計算量熱計的K值。 本實驗測定1mol KNO3溶于200mL H2O的溶解過程的積分溶解熱，計算原理同上。 【儀器與試劑 】1. 儀器：廣口保溫瓶（1個）；1/10溫度計（1支）；容量瓶（200mL ，1個）；磁力攪 拌器（1臺）；貝克曼溫度計（1臺）。2. 試劑：KCl(A.R.) ；KNO3(A.R.)【實驗步驟】1. 量熱計的標(biāo)定（1） 準(zhǔn)確稱取4.1413g的KCl（只要接近這個數(shù)值即可）（2） 用容量瓶準(zhǔn)確量取200mL室溫下的蒸餾水（密度為=1kg/L），倒入廣口保溫瓶中。（3） 按圖組裝好簡單絕熱測溫式量熱計，并調(diào)節(jié)好貝克曼溫度計。（4） 打開磁

6、力攪拌器，保持一定的攪拌速率，觀察貝克曼溫度計的讀數(shù)變化，待溫度變化率基本穩(wěn)定后，每隔15s記錄一次溫度，連續(xù)記錄6次，作為溶解前的溫度。（5） 打開量熱計的蓋子，將已稱重的KCl迅速倒入量熱計并蓋好蓋子，保持與溶解前相同的攪拌速率，繼續(xù)每5s記錄一次溫度，直到溫度不再變化時，再連續(xù)記錄6個溫度變化率穩(wěn)定的點，此6個點作為溶解的后期溫度。（6） 讀取1/10溫度計的讀數(shù)，根據(jù)此溫度從附表中查出相應(yīng)的KCl的積分溶解熱。2. KNO3積分溶解熱的測定（1） 準(zhǔn)確稱取5.6161g的KNO3。（2） 用容量瓶準(zhǔn)確量取200mL室溫下的蒸餾水（密度為=1kg/L），倒入廣口保溫瓶中，以下操作如1.中

7、的（4）、（5）、（6）。 【數(shù)據(jù)的處理】1. 數(shù)據(jù)記錄（1） 藥品稱量表一 藥品質(zhì)量記錄表試劑KClKNO3樣品1質(zhì)量/g4.14605.6125樣品2質(zhì)量/g4.14865.6021樣品3質(zhì)量/g4.13925.6220（2） KCl第一次溶解表二 KCl第一次溶解溫度記錄表時間/15s溫度/時間/15s溫度/時間/15s溫度/123.5231022.5241922.49223.5251122.4952022.494323.5271222.4852122.5423.5291322.4792222.504523.5311422.4752322.509623.5331522.4752422.5

8、13723.5261622.4752522.519822.8731722.4792622.522922.5821822.4842722.529（3） KCl第二次溶解表三 KCl第二次溶解溫度記錄表時間/15s溫度/時間/15s溫度/時間/15s溫度/123.511722.9743322.503223.5111822.833422.495323.5131922.7553522.489423.5152022.7153622.483523.5172122.6513722.479623.5152222.6273822.479723.5172322.6093922.479823.5192422.593

9、4022.479923.522522.5844122.4811023.5212622.5734222.491123.4692722.5634322.4891223.3792822.5474422.4921323.3192922.5294522.4951423.2513022.5154622.4991523.1443122.5134722.5021623.0673222.5074822.505（4） KCl第三次溶解表四 KCl第三次溶解溫度記錄表時間/15s溫度/時間/15s溫度/時間/15s溫度/123.1621322.1392522.147223.1631422.1192622.15132

10、3.1641522.1052722.154423.1641622.1012822.155523.1651722.0952922.159623.1651822.0953022.155723.1291922.0953122.163822.8222022.0973222.162922.5152122.1113322.1651022.3632222.1253422.171122.232322.1393522.1751222.1792422.1453622.179（5） KNO3第一次溶解表五 KNO3第一次溶解溫度記錄表時間/15s溫度/時間/15s溫度/時間/15s溫度/123.1711321.24

11、72421.134223.1741421.1892521.141323.1741521.1592621.155423.1751621.1392721.159523.1751721.1072821.164623.1751821.1022921.167723.0641921.1073021.172822.2372021.1093121.177921.8152121.1133221.1811021.6742221.1223321.1871121.4492321.1293421.1931221.329（6） KNO3第二次溶解表六 KNO3第二次溶解溫度記錄表時間/15s溫度/時間/15s溫度/時間/

12、15s溫度/123.3731121.5692021.315223.3731221.4692121.319323.3731321.4092221.325423.3721421.3552321.332523.3721521.3292421.339623.3721621.3192521.345723.2291721.3152621.351822.6351821.3142721.357922.4091921.3152821.3641021.775（7） KNO3第三次溶解表七 KNO3第三次溶解溫度記錄表時間/15s溫度/時間/15s溫度/時間/15s溫度/123.1671221.1592321.12

13、5223.1671321.1292421.133323.1671421.1132521.14423.1651521.1052621.145523.1651621.1012721.152623.1671721.1012821.159723.1471821.1012921.165822.2511921.1033021.17921.642021.1053121.1771021.3492121.1123221.1821121.2292221.1192. 溶解前后的溫差校正（1） KCl溶解的雷諾校正圖（2） KNO3溶解的雷諾校正圖3. 結(jié)果計算 計算量熱計的熱容根據(jù)公式： K=m1 Cp (KCl,

14、s)+ m2 Cp ( H2O,l)+ m1solHm/M1T 代入數(shù)據(jù)，算得K1=0.0111 kJ/K； K2=0.0109 kJ/K； K3=0.0113 kJ/K取平均值K=0.0111計算硝酸鉀在水中溶解的積分溶解熱根據(jù)公式：solH= m1 Cp,m(KNO3,s)+ m2Cp,m( H2O,l)+K×(T2T1) 代入數(shù)據(jù)，算得solH1=1.7876kJ；solH2=1.8188kJ；solH3=1.8375kJ又solHm=solH/n1，算得solHm1=32.2005kJ；solHm2=32.8229kJ；solHm3=33.0430kJ取平均值solHm=32

15、.6888kJ【實驗討論】1. 根據(jù)積分溶解熱的定義，可知隨著n0增大，solH應(yīng)該不斷增大的，且增大的速率逐漸變慢。KNO3固體的溶解過程是一個吸熱過程，所以積分溶解熱都大于0，本次實驗的測量結(jié)果均符合正常值。 2. 硝酸鉀加入快慢的控制，是實驗成敗的關(guān)鍵。加得太快，會使得溫差過大，體系與環(huán)境的熱交換加快，測得的溶解熱偏低。加得太慢，一旦溫度升到一個較高的值，即使加入所有硝酸鉀也無法使溫差回到零度以下，導(dǎo)致實驗失敗。一般T控制在-0.3左右為宜，最低不要超過-0.5，但要始終為負(fù)值。實驗中要時刻注意溫差的變化，掌握好加料的時間和量。在每次組實驗完后，溫差回升到0以上，此時升溫較快，需要及時加入較多的硝酸鉀，否則溫差可能再無法回到負(fù)值。加料時應(yīng)小心，以免硝酸鉀灑落。 3. 磁子的攪拌速度也很重要。攪拌太慢，硝酸鉀難以完全溶解，若實驗結(jié)束發(fā)現(xiàn)有未溶解的硝酸鉀，應(yīng)重復(fù)實驗。攪拌太快，會加快散熱，且溫差歸零的時間 難以準(zhǔn)確記錄 4. 實驗