溶解熱的測定

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上實驗七 溶解熱的測定1、 實驗?zāi)康?1.掌握采用電熱補償法測定熱效應(yīng)的基本原理。 2.用電熱補償法測定硝酸鉀在水中的積分溶解熱，并用作圖法求出硝酸鉀在水中的微分溶解熱、積分稀釋熱和微分稀釋熱。 3.掌握溶解熱測定儀器的使用。2、 實驗原理 物質(zhì)溶解過程所產(chǎn)生的熱效應(yīng)稱為溶解熱，可分為積分溶解熱和微分溶解熱兩種。積分溶解熱是指定溫定壓下把1mol物質(zhì)溶解在n0mol溶劑中時所產(chǎn)生的熱效應(yīng)。由于在溶解過程中溶液濃度不斷改變，因此又稱為變濃溶解熱，以solH表示。微分溶解熱是指在定溫定壓下把1mol物質(zhì)溶解在無限量某一定濃度溶液中所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，以表示.在溶解過程中濃度可視

2、為不變，因此又稱為定濃度溶解熱，以表示，即定溫、定壓、定溶劑狀態(tài)下，由微小的溶質(zhì)增量所引起的熱量變化。稀釋熱是指溶劑添加到溶液中，使溶液稀釋過程中的熱效應(yīng)，又稱為沖淡熱。它也有積分（變濃）稀釋熱和微分（定濃）稀釋熱兩種。積分稀釋熱是指在定溫定壓下把原為含1mol溶質(zhì)和n01mol溶劑的溶液沖淡到含n02mol溶劑時的熱效應(yīng)，它為兩濃度的積分溶解熱之差。微分稀釋熱是指將1mol溶劑加到某一濃度的無限量溶液中所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，以表示，即定溫、定壓、定溶質(zhì)狀態(tài)下，由微小的溶劑增量所引起的熱量變化。積分溶解熱的大小與濃度有關(guān)，但不具有線性關(guān)系。通過實驗測定，可繪制出一條積分溶解熱solH與相對于1mol

3、溶質(zhì)的溶劑量n0之間的關(guān)系曲線，如圖1所示，其他三種熱效應(yīng)由solHn0曲線求得。設(shè)純?nèi)軇?、純?nèi)苜|(zhì)的摩爾焓分別為Hm1和Hm2，溶液中溶劑和溶質(zhì)的偏摩爾焓分別為H1和H2，對于由n1mol溶劑和n2mol溶質(zhì)組成的體系，在溶質(zhì)和溶劑未混合前，體系總焓為： 圖1H=n1 Hm1+n2 Hm2 (1)將溶劑和溶質(zhì)混合后，體系的總焓為：H= n1 H1+n2 H2 (2)因此，溶解過程的熱效應(yīng)為：H=n1(H1-Hm1)+n2(H2-Hm2)=n1H1+n2H2 (3)在無限量溶液中加入1mol溶質(zhì)，(3)式中第一項可以認(rèn)為不變，在此條件下所產(chǎn)生的熱效應(yīng)為(3)式中第二項中的H2，即微分溶解熱。同理

4、，在無限量溶液中加入1mol溶劑，(3)式中第二項可以認(rèn)為不變，在此條件下所產(chǎn)生的熱效應(yīng)為(3)式中第一項中的H1，即微分稀釋熱。根據(jù)積分溶解熱的定義，有：solH= (4)將(3)式代入，可得： solH=H1+H2=n01H1+H2 (5) 此式表明，在solHn0曲線上，對一個指定的n01，其微分稀釋熱為曲線在該點的切線斜率，即圖1中的AD/CD。n01處的微分溶解熱為該切線在縱坐標(biāo)上的截距，即圖1中的OC。在含有1mol溶質(zhì)的溶液中加入溶劑，使溶液量由n01mol增加到n02mol，所產(chǎn)生的積分溶解熱即為曲線上n01和n02兩點處solH的差值。 本實驗測硝酸鉀溶解在水中的溶解熱，是一

5、個溶解過程中溫度隨反應(yīng)的進行而降低的吸熱反應(yīng)，故采用電熱補償法測定。實驗時先測定體系的起始溫度，溶解進行后溫度不斷降低，由電加熱法使體系復(fù)原至起始溫度，根據(jù)所耗電能求出溶解過程中的熱效應(yīng)Q。 (6) 式中，I為通過加熱器電阻絲（電阻為R）的電流強度(A)，V為電阻絲兩端所加的電壓(V)，t為通電時間(s)。3、 儀器和試劑 1.儀器 SWC-RJ一體式溶解熱測量裝置(如右圖，具體參數(shù)為：加熱功率：012.5W可調(diào)；溫度/溫差分辨率：0.01/0.001；計時時間范圍：09999 S；輸出：RS232C串行口)稱量瓶8只,毛刷1個，電子分析天平，臺秤 2.試劑 硝酸鉀固體(A.R.已經(jīng)磨細(xì)并烘干

6、)四、實驗步驟 1.稱樣取8個稱量瓶，先稱空瓶，再依次加入約為2.5、1.5、2.5、3.0、3.5、4.0、4.0、4.5 g的硝酸鉀（亦可先去皮后直接稱取樣品），粗稱后至分析天平上準(zhǔn)確稱量，稱完后置于保干器中，在臺天平上稱取216.2 g蒸餾水于杜瓦瓶內(nèi)。具體數(shù)據(jù)記錄見五中，稱量瓶洗凈吹干后，一定要稱量空瓶的質(zhì)量，由于沒有保干器，所以稱量以后要馬上蓋上蓋子。蒸餾水稱量了218.2g。 2.連接裝置如右圖所示，連接電源線，打開溫差儀，記下當(dāng)前室溫。將杜瓦瓶置于測量裝置中，插入探頭測溫，打開攪拌器，注意防止攪拌子與測溫探頭相碰，以免影響攪拌。將加熱器與恒流電源相連，打開恒流電源，調(diào)節(jié)電流使加熱

7、功率為2.5瓦，記下電壓、電流值。同時觀察溫差儀測溫值，當(dāng)超過室溫約0.5時按下“采零”按鈕和“鎖定”按鈕，并同時按下“計時”按鈕開始計時。當(dāng)前室溫是15.6，注意要放入攪拌子。當(dāng)顯示溫度超過室溫0.5后，按下“狀態(tài)轉(zhuǎn)換”按鈕，系統(tǒng)自定采零并開始計時，加熱功率為2.30W左右。 3.測量 將第一份樣品從杜瓦瓶蓋口上的加料口倒入杜瓦瓶中，倒在外面的用毛刷刷進杜瓦瓶中。此時，溫差儀顯示的溫差為負(fù)值。監(jiān)視溫差儀，當(dāng)數(shù)據(jù)過零時記下時間讀數(shù)。接著將第二份試樣倒入杜瓦瓶中，同樣再到溫差過零時讀取時間值。如此反復(fù)，直到所有的樣品全部測定完。采零后要迅速開始加入樣品，否則升溫過快可能溫度回不到負(fù)值。加熱速度不

8、能太快也不能太慢，要保證溫差儀的示數(shù)在-0.5以上。具體數(shù)據(jù)記錄見五中。 4.稱空瓶質(zhì)量 在分析天平上稱取8個空稱量瓶的質(zhì)量，根據(jù)兩次質(zhì)量之差計算加入的硝酸鉀的質(zhì)量。 實驗結(jié)束后，打開杜瓦瓶蓋，檢查硝酸鉀是否完全溶解。如未完全溶解，要重做實驗。 倒去杜瓦瓶中的溶液（注意別丟了攪拌子），洗凈烘干，用蒸餾水洗滌加熱器和測溫探頭。關(guān)閉儀器電源，整理實驗桌面，罩上儀器罩。具體數(shù)據(jù)記錄見五中，打開杜瓦瓶蓋發(fā)現(xiàn)KNO3已完全溶解，證明實驗成功。 五、數(shù)據(jù)記錄和處理 室溫15.6 大氣壓力(kPa)：102.801.數(shù)據(jù)記錄本實驗記錄的數(shù)據(jù)包括水的質(zhì)量、8份樣品的質(zhì)量、加熱功率以及加入每份樣品后溫差歸零時的

9、累積時間。 稱量瓶號空瓶質(zhì)量/gKNO3+瓶/g剩余瓶重/g加熱功率/W歸零時間/s16.02558.50336.02742.3139226.34957.84846.35152.3161536.61099.23726.61182.31101646.73929.82246.74012.31146256.352210.17986.35292.31199766.580910.87266.58172.31258376.196910.40156.19822.31312286.675511.30356.67702.3136712. 將數(shù)據(jù)輸入計算機，計算n水和各次加入的KNO3質(zhì)量、各次累積加入的KNO3

10、的物質(zhì)的量。根據(jù)功率和時間值計算向杜瓦瓶中累積加入的電能Q。 n水=218.2/18.016=12.1mol MKNO3=101.10g/mol稱量瓶號加入KNO3/g累積KNO3/g累積nKNO3/mol累積電能/kJ12.47592.47590.024490.905021.49693.97280.039301.421032.62546.59820.065262.348143.08239.68050.095753.377853.826913.50740.133604.632664.290917.79830.176055.992874.203322.00160.217627.243184.62

11、6526.62810.263388.51683. 繪制solHn0曲線用以下計算式計算各點的solH和n0：solH= (7) n0= (8)瓶號12345678solH/ KJ/mol36.95336.16135.97835.27734.67434.04133.28332.336n0/mol494.55308.21185.58126.4990.65268.79755.65445.984 在origin中繪制solHn0關(guān)系曲線，并對曲線擬合得曲線方程。使用多項式擬合進行二次擬合，得到如下圖：R-Square(COD)SDNP-0.882710.6325380.00471 可見擬合度并不好，故

12、采用 三次擬合使用多項式擬合進行二次擬合，得到如下圖：Polynomial Regression for DATA1_B:Y = A + B1*X + B2*X2 + B3*X3ParameterValueError-A30.105990.55534B10.067440.01047B2-2.34981E-44.86045E-5B32.56103E-76.11745E-8-R-Square(COD)SDNP-0.978210.3048588.84128E-4-擬合度達到0.98，所以采用三次擬合。得到的曲線方程為y =30.10599+0.06744x-2.34981E-4x2 +2.56103

13、E-7x3 4.積分熔解熱，積分稀釋熱，微分熔解熱，微分稀釋熱的求算 將n0=80、100、200、300、400代入3中的曲線方程，求出溶液在這幾點處的積分溶解熱。 積分溶解熱值表n080100200300400solH（KJ/mol）34.128434.756336.243636.104535.8756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斜率，即為溶液n0在這幾點處的微分稀釋熱：求得一階導(dǎo)數(shù)方程為y=0.06744-4.69962E-4x +7.68309E-7x2 微分稀釋熱值表n080100200300400微分稀釋熱（KJ/mol）0.03

14、4760.028130.-0.0.利用一元函數(shù)的點斜式公式求截距，可得溶液在這幾點處的微分溶解熱。 微分溶解熱值表n080100200300400微分溶解熱（KJ/mol）31.347631.943635.407637.424734.9218最后，計算溶液n0為80100，100200，200300，300400時的積分稀釋熱。 積分稀釋熱值表n080100100200200300300400積分稀釋熱（KJ/mol）0.62791.4873-0.1391-0.2289 六、注意事項 1.實驗開始前，插入測溫探頭時，要注意探頭插入的深度，防止攪拌子和測溫探頭相碰，影響攪拌。另外，實驗前要測試轉(zhuǎn)

15、子的轉(zhuǎn)速，以便在實驗室選擇適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速控制檔位。 2.進行硝酸鉀樣品的稱量時，稱量瓶要編號并按順序放置，以免次序錯亂而導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯誤。另外，固體KNO3易吸水,稱量和加樣動作應(yīng)迅速。 3.本實驗應(yīng)確保樣品完全溶解，因此，在進行硝酸鉀固體的稱量時，應(yīng)選擇粉末狀的硝酸鉀。 4.實驗過程中要控制好加樣品的速度，若速度過快，將導(dǎo)致轉(zhuǎn)子陷住不能正常攪拌，影響硝酸鉀的溶解；若速度過慢，一方面會導(dǎo)致加熱過快，溫差始終在零以上，無法讀到溫差過零點的時刻，另一方面可能會造成環(huán)境和體系有過多的熱量交換。 5.實驗是連續(xù)進行的，一旦開始加熱就必須把所有的測量步驟做完，測量過程中不能關(guān)掉各儀器點的電源，也不能停止計時，以

16、免溫差零點變動及計時錯誤。 6.實驗結(jié)束后應(yīng)杜瓦瓶中是否有硝酸鉀固體殘余，若硝酸鉀未全部溶解，則要重做實驗。七、實驗討論1.固體KNO3易吸水，故稱量和加樣動作應(yīng)迅速。實驗書中要求固體KNO3在實驗前務(wù)必研磨成粉狀，并在110烘干，而在實驗中并沒有將樣品進行烘干，只是蓋上了蓋子，故而帶來誤差。但考慮到實驗是在冬天進行，氣候干燥，故此影響不大。2. 為了使KNO3固體在加入杜瓦瓶時不撒出來，可以在加料口出加上一個稱量紙卷成的漏斗。但是這樣操作會使一些藥品聚集在紙漏斗口處，所以每次加完藥品都要抖一抖稱量紙，使樣品全部進入杜瓦瓶。3. 加入樣品速度過快會使磁子陷住而使樣品溶解不完全；加入速度慢則會使

17、體系與環(huán)境有較多的熱交換，而且可能使溫差回不到零點。所以加樣過程中應(yīng)該先快后慢，即加入新編號瓶子的硝酸鉀時應(yīng)該快速倒入，使其溫差迅速回到負(fù)值，然后再慢慢加入。攪拌速率也要適宜，太快可能使KNO3固體溶解不完全；太慢會因水的傳熱性差而導(dǎo)致Q值偏低。4. KNO3固體是否溶解完全是本實驗的最大影響因素。除了上面幾個因素之外，還要保證使用的KNO3固體是粉末狀的。5.之所以溫度零點設(shè)定在高于室溫0.5是為了體系在實驗過程中能更接近絕熱條件，減小熱損耗。所以在加入KNO3固體時，慢慢加入盡量保證溫差顯示在-0.5左右。但是不可能保證系統(tǒng)與環(huán)境完全沒有熱交換，這也是實驗的誤差原因之一。6. 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。而高濃度溶液向低濃度稀釋也可以看作是一個溶解過程，所以積分溶解熱隨n0變大而增大，故積分稀釋熱大于0，微分溶解熱也大于0。當(dāng)n0變大時，微小的溶質(zhì)增量引起的熱效應(yīng)越來越小，故微分溶解熱也越來越小，但同時積分溶解熱變大，故微分稀釋熱也變大。但是實驗所計算出的數(shù)據(jù)與上述結(jié)論有較大出入，特別是積分、微分稀釋熱甚至有負(fù)值。這應(yīng)該是擬合的曲線問題。2號稱量瓶的數(shù)據(jù)不太準(zhǔn)確，使得擬