實(shí)驗(yàn)二溶解熱

實(shí)驗(yàn)二、溶解熱的測定―、實(shí)驗(yàn)?zāi)康??用電熱補(bǔ)償法測定KNO在不同濃度水溶液中的積分溶解熱。32?用作圖法求KNO在水中的摩爾稀釋焓、微分稀釋焓和微分溶解熱。3二、 預(yù)習(xí)要求復(fù)習(xí)溶解過程熱效應(yīng)的幾個基本概念。掌握電熱補(bǔ)償法測定熱效應(yīng)的基本原理。了解如何從實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)求KNO的積分溶解熱及其它三種熱效應(yīng)。3了解影響本實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素有那些。三、 實(shí)驗(yàn)原理1?在熱化學(xué)中，關(guān)于溶解過程的熱效應(yīng)，引進(jìn)下列幾個基本概念。溶解熱-—在恒溫恒壓下，n2摩爾溶質(zhì)溶于n1摩爾溶劑（或溶于某濃度的溶液）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-一在恒溫恒壓下，1摩爾溶質(zhì)溶于n0摩爾溶劑中產(chǎn)生的熱效應(yīng),用Qs表示。微分溶解熱---在恒溫恒壓下，1摩爾溶質(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M 表示，簡寫為。稀釋焓---在恒溫恒壓下，一摩爾溶劑加到某濃度的溶液中使之稀釋所產(chǎn)生的熱效應(yīng)。稀釋焓也可分為積分（或變濃）稀釋焓熱和微分（或定濃）稀釋焓兩種。積分稀釋焓---在恒溫恒壓下，把原含一摩爾溶質(zhì)及n01摩爾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。微分稀釋焓---在恒溫恒壓下，一摩爾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「些〕 表示，簡寫為。2.積分溶解熱(QS)可由實(shí)驗(yàn)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H]m和H2m，對于由n摩爾溶劑和n2摩爾溶質(zhì)組成的體系，在溶解前體系總焓為H?！疕=niHm⑴+nHm⑵設(shè)溶液的焓為H，H=nHm+nH因此溶解過程熱效應(yīng)Q為Q=%xH=H-H=n[H]m-Hm(l)]+“2】H2m-Hm(2)]=n1J.H(1)+n2/.H(2)1mixm'丿2mixm'‘式中，JmixHm(1)為微分稀釋熱，JmixHm⑵為微分溶解熱。根據(jù)上述定義，積分溶解熱QS為=A沁丹相⑵+ ⑴=A沁丹相⑵+ ⑴(4)心]+ 加在恒壓條件下，Q=AmH，對Q進(jìn)行全微分心]+ 加(5)上式在比值竺恒定下積分，得全式以n2除之生十92(7)K|—全式以n2除之生十92(7)K|—=QSQ=旳匹(8)團(tuán)?2)1砌丿_九％)_'皿)(9)(10)⑼代入⑺得:(10)Qs=對比(3)與(6)或(4)與(10)式,以QS對n0作圖，可得圖1的曲線關(guān)系。在圖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，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)n0i=BG田G (11)圖1中曲線A點(diǎn)的切線斜率等于該濃度溶液的微分稀釋熱。AD~AD~CD切線在縱軸上的截距等于該濃度的微分溶解熱。=2_旳0=2_旳0?1圖1 QS—n0關(guān)系圖由圖1可見，欲求溶解過程的各種熱效應(yīng)，首先要測定各種濃度下的積分溶解熱，然后作圖計(jì)算。圖-2量熱器示意圖1?貝克曼溫度計(jì)；2?攪拌器；3?杜瓦瓶；4?加樣漏斗；5?加熱器。3?測量熱效應(yīng)是在“量熱計(jì)”中進(jìn)行。量熱計(jì)的類型很多，分類方法也不統(tǒng),按傳熱介質(zhì)分有固體或液體量熱計(jì)，按工作溫度的范圍分有高溫和低溫量熱計(jì)等。一般可分為兩類:一類是等溫量熱計(jì)，其本身溫度在量熱過程中始終不變，所測得的量為體積的變化，如冰量熱計(jì)等;另一類是經(jīng)常采用的測溫量熱計(jì)，它本身的溫度在量熱過程中會改變，通過測量溫度的變化進(jìn)行量熱，這種量熱計(jì)又可以是外殼等溫或絕熱式的等。本實(shí)驗(yàn)是采用絕熱式測溫量熱計(jì)，它是一個包括量熱器、攪拌器、電加熱器和溫度計(jì)等的量熱系統(tǒng)，如圖2所示量熱計(jì)直徑為8cm、容量為350mL的杜瓦瓶，并加蓋以減少輻射、傳導(dǎo)、對流、蒸發(fā)等熱交換。電加熱器是用直徑為0.1mm的鎳鉻絲，其電阻約為10Q，裝在盛有油介質(zhì)的硬質(zhì)薄玻璃管中，玻璃管彎成環(huán)形，加熱電流一般控制在300mA?500mA。為使均勻有效地?cái)嚢?，可用電動攪拌器，也可按捏長短不等的兩支滴管使溶液混合均勻。用貝克曼溫度計(jì)測量溫度變化。在絕熱容器中測定熱效應(yīng)的方法有兩種:（1） 先測定量熱系統(tǒng)的熱容量C，再根據(jù)反應(yīng)過程中溫度變化AT與C之乘積求出熱效應(yīng)（此法一般用于放熱反應(yīng)）。（2） 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(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。Q=I2Rt=IUt式中，I為通過電阻為R的電熱器的電流強(qiáng)度（A）;U為電阻絲兩端所加電壓（V）;t為通電時間（s）.這種方法稱為電熱補(bǔ)償法。本實(shí)驗(yàn)采用電熱補(bǔ)償法，測定kno3在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)。四、儀器藥品儀器杜瓦瓶1套；直流穩(wěn)壓電源（1A,0V?30V）1臺；直流毫安表（0.5級,250mA?500mA?1000mA）1只；直流伏特計(jì)（0.5級，0V?2.5V?5V?10V）1只；貝克曼溫度計(jì)（或熱敏電阻溫度計(jì)等）1只；秒表1只；稱量瓶（25mmX25mm）8只；干燥器1只；研缽1個；放大鏡1只；同步電機(jī)1個。

藥品KNO（化學(xué)純）。3五、實(shí)驗(yàn)步驟1?仔細(xì)閱讀WLS-2數(shù)字恒流電源和SWC-IID精密數(shù)字溫度溫差儀使用說明2.在臺稱上用杜瓦瓶直接稱取216.2g蒸餾水于量熱器中。3?調(diào)好貝克曼溫度計(jì)，將量熱器上加熱器插頭與恒流電源輸出相接，將傳感器與SWC-ID溫度溫差儀接好并插入量熱器中。按圖3連好線路（杜瓦瓶用前將8個稱量瓶編號，依次加入在研缽中研細(xì)的KNO，其重量分別為2.5g、31.5g、2.5g、2.5g、3.5g、4g、4g和4.5g，放入烘箱，在110°C烘1.5h?2h，取出放入干燥器中（在實(shí)驗(yàn)課前進(jìn)行）。將WLS-2粗調(diào)、細(xì)調(diào)旋鈕逆時針旋到底，打開WLS-2電源，此時，加熱器開始加熱，調(diào)節(jié)WLS-2電流，使得電流I和電壓V的乘積P=I]V]為2.5W（初始值）左右。打開SWC-1D精密數(shù)字溫度溫差儀電源和攪拌器電源，待量熱器中溫度加熱至高于環(huán)境溫度0.5C左右時，按采零鍵并鎖定，同時將量熱器加料口打開，加入編號1樣品，并開始計(jì)時，此時溫差開始變?yōu)樨?fù)溫差。當(dāng)溫差值顯示為零時，加入第二份樣品并記下此時加熱時間t,此時溫差開始變負(fù)，待溫1差變?yōu)榱銜r，再加入第三份樣品并記下加熱時間t,以下依次反2復(fù)，直至所有樣品加完測定完畢8?算出溶解熱Q=I1Vt六、注意事項(xiàng)1?實(shí)驗(yàn)過程中要求I、V值恒定，故應(yīng)隨時注意調(diào)節(jié)。2?實(shí)驗(yàn)過程中切勿把秒表按停讀數(shù)，直到最后方可停表。3?固體KNO易吸水，故稱量和加樣動作應(yīng)迅速。固體KNO在實(shí)驗(yàn)前務(wù)必研3 3磨成粉狀，并在1io°c烘干。4?量熱器絕熱性能與蓋上各孔隙密封程度有關(guān)，實(shí)驗(yàn)過程中要注意蓋好，減少熱損失。七、數(shù)據(jù)處理1?根據(jù)溶劑的重量和加入溶質(zhì)的重量，求算溶液的濃度，以n表示200.0張_112218.02101.1一%按Q=IUt公式計(jì)算各次溶解過程的熱效應(yīng)。按每次累積的濃度和累積的熱量，求各濃度下溶液的n0和QS。4?將以上數(shù)據(jù)列表并作QS—n0圖，并從圖中求出n0=80，100，200，300和400處的積分溶解熱和微分沖淡熱，以及n從80-1