【清华】溶解热的测定--2006030027

1、溶解热的测定吴大维2006030027 生64 同组实验者：王若蛟实验日期：2008年5月16日 提交报告日期：2008年5月30日指导教师：张连庆1引言实验目的.测量硝酸钾在不同浓度水溶液的溶解热，求硝酸钾在水中溶解过程的各种热效应。.掌握量热装置的基本组合及电热补偿法测定热效应的基本原理。.复习和掌握常用的测温技术。实验原理基本实验原理物质溶于溶剂中，一般伴随有热效应的发生。盐类的溶解通常包含着几个同时进行的过程： 晶格的破坏、离子或分子的溶剂化、分子电离（对电解质而言）等。热效应的大小和符号决定 于溶剂及溶质的性质和它们的相对量。在热化学中，关于溶解过程的热效应，需要了解以下几个基本概念

2、。溶解热 在恒温恒压下，溶质B溶于溶剂人（或溶于某浓度溶液）中产生的热效应，用As01H表不。摩尔积分溶解热在恒温恒压下，1mo1溶质溶解于一定量的溶剂中形成一定浓度的溶液，整个过程产生的热效应。用As01Hm表示。&so1Hm = 41H（1）Hb式中，Hb为溶解于溶剂 A中的溶质B的物质的量。摩尔微分溶解热在恒温恒压下，1mo1溶质溶于某一确定浓度的无限量的溶液中产生的二：,H二：H热效应，以（J）TPn表示，简写为（乙0，。l，P，nAnA二Hb二nB稀释热 在恒温恒压下，一定量的溶剂A加到某浓度的溶液中使之稀释，所产生的热效应。摩尔积分稀释热在恒温恒压下，在含有 1mo1溶质的溶液中加

3、入一定量的溶剂，使之稀释成另一浓度的溶液，这个过程产生的热效应，以Adi1Hm表示。4i1 H m = Ao1 H m2 - Ao1 H m1（2）式中，&so1Hm2、&so1Hm1为两种浓度的摩尔积分溶解热。精品文档摩尔微分稀释热在恒温恒压下，1mol溶剂加入到某一浓度无限量的溶液中所发生的热效应，以（堂里北片四表示，简写为（坛巨臣。 TOC o 1-5 h z , ,BB-nA二nA在恒温恒压下，对于指定的溶剂A和溶质B,溶解热的大小取决于 A和B的物质的量,即AsoiH =(。，胴)(3)由(3)式可推导得：,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)改写为:soiH、：so1H、so1Hm- n0(_)T,P,nB+(_)T,P,nA(6)二nA B 二nB（6）式中的Zkso1Hm可由实验测定，no由实验中所用的溶质和溶剂的物质的量计算得到。作出Aso1 H m - no曲线，见图2-3-1。曲线某点（n0i）的切线的斜率为该浓度下的摩尔微分稀AD释热（即AD）,切线与纵坐标的截距，为该浓度下的摩尔微分溶解热（即OC）。显然，图中n02CD点的摩尔溶解热与 n01点的摩

5、尔溶解热之差为该过程的摩尔积分稀释热（即 BE）。图2-3-1斓8加阿图也精品文档由图2-3-1可见，欲求溶解过程的各种热效应，应当测定各种浓度下的摩尔积分溶解热。 本实验采用累加的方法，先在纯溶剂中加入溶质，测出溶解热，然后在这溶液中再加入溶质，测出热效应，根据先后加入溶质总量可求出Ac而各次热效应总和即为该浓度下的溶解热。1.2.2用简易量热计测溶解焰本实验是采用绝热式测温量热计，它是一个包括杜瓦瓶、搅拌器、电加热器和测温部件等组成的量热系统。装置及电路图如图2-3-2所示。因本实验测定 KNO3在水中的溶解热是一个吸热过程，热量的标定可用电热补偿法，即先测定体系的起始温度，溶解过程中体系

6、温度随吸热反应进行而降低，再用电加热法使体系升温至起始温度，根据所消耗电能求出热效应Q。再由下式可求算出溶解热s01H =Q . T , Q=I2RTT2 T式中，工、T2为加入溶质始末的体系的温度；Q为使体系从T；升至T；时的电热（J）； T2、T/为电加热始末的体系温度，I为电流强度（A）； R为加热器电阻（C）; T为通电加热时间（S）。本实验采用热敏电阻测温系统（详见附录温度的测量与控制），（T2-T1）为溶解过程校正后的峰高，（丁2-T/）为加热过程校正后的峰高。2、实验操作实验药品、仪器型号及实验装置示意图实验仪器：图2实验装置示意图杜瓦瓶（保温瓶）、CJ-2磁力搅才器、DYY-7

7、转移电泳 仪（恒流源）、浸入式加热器、热敏电阻、惠斯通电桥、 XWT-204台式自动平衡记录仪、500mL容量瓶、大烧杯、 AR1140/C电子天平、研钵。实验装置示意图如右侧图2所示。实验药品：KNO3 （分子量 101.10）实验条件平均室温：24.0 C实验操作步骤及操作要点精品文档图2-3-3记录仪记录的加热-溶解过程温度变化曲线3结果与讨论原始实验数据平均室温：24.0OCVh20 =500mlp H20 (24.0oC) =0.9972995g/cm3浸入式加热器电阻阻值R = 14,321 ?表1溶解热测定的原始数据记录表序号息/g剩余质量/gI/At/S底解前h溶解后? h溶解

8、h加热前h加热后? h加热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值由雷诺作图法给出，详情见图233, h值即为相应切线上规定点（如C DE、F)在记录纸上对应的格数。A h为两切线的雷诺作图法距离， 实际上代表了加热或溶解前后的温差。计算的数据、结果精品文档用EXCEL寸数据进行处理可得下表:表2数据处理表格序m/g累 mb /g累计nb / moln0Q/J? H/J累计？ H/J-1? soiH m/KJ mol号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加热 x?h溶解,?solHm=累计?H/累计nb。以n0为x轴，以？soiHm为y轴,利用OriginPro7.5 作图:nO(nA/nB)图4 n0-?solHm曲线图在n0等于80, 100, 200, 300, 400五点处分别做切线，并求出切线的斜率，便可获知摩尔积 分溶解热、摩尔微分溶解热以及摩尔微分稀释热：精品文档表3摩尔积分溶解热、摩尔微分溶解热以及摩尔微分稀释热n080100200300400?soiH m ( kJ/mol)25.818926

12、.206426.727826.887927.0117摩尔微分溶解烙（kJ/mol）23.740624.704126.316326.476826.5622摩尔微分稀释次含（J/mol）25.978715.02282.05761.37041.1237同时还可以求出 80 100、l 00 200 200300、300400过程的摩尔积分稀释热表4摩尔积分稀释热？diiHm稀释过程（以n0表示）80 100100200200300300400?dilHm (J/mol)387.5521.4160.1123.8其中，? dilHm=? solH m(n2)-?solH m(ni)讨论分析与标准值对比计

13、算相对误差查附表2-3-1有KNO3在温度25 oC , n0=200时，摩尔积分溶解热为34.899 kJ - mol-1 ,本实验室温24.0 C,与文献温度接近，可计算相对误差得：|26.728-34.889|/34.889=23.39%误差分析通过计算大致的相对误差可知本次实验中出现了比较大的误差。在OriginPro7.5 中采取的是第二顺序指数衰减拟合，R值较大（R2= 0.9939 ）;但如果在EXCEL中采用对数拟合，则数据点偏离拟合线较远， 这仍然体现了实验数据的误差。这种情况一方面是由于实验器材的不准确和不理想决定的，另一方面也与实验操作和处理数据的方法有关。在实验开始时，

14、需要把去离子水的温度调成和室温一致，由于加入热水后温度计示值变化不灵敏，使得温度调节有一定难度， 并且最终去离子水的温度与室温很可能仍有一定的差异。在向容器加入药品的过程中，由于药品潮解，附着在瓶底，所以加入的过程会有些延迟，增大了容器内与外界的热交换，也会造成误差。特别是第一次加药品时，瓶内水溅到热敏电阻上，使得指针瞬间向左偏移，但盖上瓶盖后指针仍回到原处。在实验过程中发现， 加药品完成后，记录仪指针本应在一定时间内走成直线， 但实际上 却走成了折线，这很可能是由于仪器本身的因素造成的。 此情况的后果是，在画图计算峰高时 切线很难做出，并且不是很准确，极大地影响了数据的准确性。加热过程中并不

15、能保证完全恒定的电流，前几次加热时电流表显示总有1-3mA的波动，并且每一次打开加热器，在我们没有拧动旋钮的情况下，电流也会较上一次加热有所不同。所以应当记录下每一次加热的电流。实验中我们采取了差减法的方式测量药品质量，向烧杯中加药品时只能大致估计出加完精品文档规定质量药品后烧杯的总质量，而且加样时药品很难倒干净，因此实际加入药品的质量与规定值有一些差距。而且，由于药品易潮解，实际的药品质量可能略小于减量法算出的质量，故本 实验的n0略小于实际值。在记录纸上作图时： 记录笔印记有一定宽度，做切线时以及确定中线时均以笔迹右边缘为准；记录纸左侧的切线很难画出，难免产生较大的误差； 实验记录纸上的读

16、数采取了小数点后一位估读的方法。在做摩尔积分溶解热-no曲线过程中发现，前几组尤其是第一组数据（加KNO35g）中的两个峰高数值对曲线形状影响很大，而峰高数值又主要由做出的切线决定，因 此切线作图的准确程度对实验结果的影响是决定性的。总体的说，使用 Origin软件作图避免了因手工作图中目测的因素所产生的较大误差。4结论表3及表4的数据显示了实验要求计算的各项数值，并且可以从表中看出，随着 KNO3的浓 度的增大（”的减小）：摩尔积分溶解热逐渐增加；摩尔微分溶解热逐渐增加；摩尔微分稀释热逐 渐减小；摩尔积分稀释热先增大后减小。5参考文献清华大学化学系物理化学实验编写组，物理化学实验，清华大学出版社，1992。6附录（思考题）如何用本装置测定液体的比热？答：方法与本实验类似，首先在保温桶内加入一定量待测液体并调节至与外界热平衡。稍 加热液体，待温度稳定后加入质量精确测量、温度低于环境温度且已知的同种液体，则体系温 度下降。再加热体系至原温度，电流热效应等于新加入液体从初温到末温吸收的热量。多次加 入不同质量的液体，分别求出每次的热效应，以每次加入液体的质量与温度变化的格数乘积为 横坐标，热效应为纵坐标作图，拟合直线后的斜率即为比热容。如果反应是放热的如