物化实验报告：熔解热的测定

实验七：溶解热的测定一、实验目的1、掌握电热补偿法测定热效应的基本原理；2、通过用电热补偿法测定KNO3在水中的积分溶解热，并用作图法求KNO3在水中的微分冲淡热、积分冲淡热和微分溶解热；3、掌握电热补偿法的仪器使用。二、实验原理1、溶解热在恒温恒压下，1摩尔溶质溶于n0摩尔溶剂中产生的热效应，溶解热可分为积分(或称变浓)溶解热和微分(或称定浓)溶解热。积分溶解热在恒温恒压下，1摩尔溶质溶于n0摩尔溶剂中产生的热效应，用Qs表示,(浓度改变)。微分溶解热在恒温恒压下，1摩尔溶质溶于某一确定浓度的无限量的溶液中产生的热效应,以表示。冲淡热把溶剂加到溶液中使之稀释所产生的热效应。冲淡热也可分为积分(或变浓)冲淡热和微分(或定浓)冲淡热两种。积分稀释热在恒温恒压下，把原含1摩尔溶质及n01摩尔溶剂的溶液冲淡到含溶剂为n02时的热效应，即为某两浓度溶液的积分溶解热之差，以Qd表示。微分稀释热在恒温恒压下，1摩尔溶剂加入某一确定浓度的无限量的溶液中产生的热效应，以表示。2.积分溶解热(QS)可由实验直接测定，其它三种热效应由QS—n0曲线求得。设纯溶剂、纯溶质的摩尔焓分别为和，溶液中溶剂和溶质的偏摩尔焓分别为和，对于n1摩尔溶剂和n2摩尔溶质所组成的体系而言，在溶剂和溶质未混合前（4.1）当混合成溶液后（4.2）因此溶解过程的热效应为（4.3）式中△H1为溶剂在指定浓度溶液中溶质与纯溶质摩尔焓的差。即为微分溶解热。根据积分溶解热的定义：（4.4）所以在Qs～n01图上，不同Qs点的切线斜率为对应于该浓度溶液的微分冲淡热,即，该切线在纵坐标的截距OC,即为相应于该浓度溶液的微分溶解热.而在含有1摩尔溶质的溶液中加入溶剂使溶剂量由n02摩尔增至n01摩尔过程的积分冲淡热Qd=(Qs)n01一(Qs)n02=BG—EG。图一Qs～n0图图2量热器及其电路图、本实验是采用绝热式测温量热计，它是一个包括量热器、搅拌器、电加热器和温度计等的量热系统，装置及电路图如图2所示，因本实验测定KNO3在水中的溶解热是一个吸热过程，可用电热补偿法，即先测定体系的起始温度T，溶解过程中体系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。Q=Pt这种方法称为电热补偿法。三、仪器与药品定点式温差报警仪1台，数字式直流稳流电源1台，量热计(包括杜瓦瓶，搅拌器，加热器)1套，称量瓶8只,毛笔1支，硝酸钾(A．R．)。实验步骤1、称取硝酸钾，(已进行研磨和烘干处理)，放入干燥器中。将8个称量瓶编号。在台称上称量，依次加入约2.5、1.5、2.5、3.0、3.5、4.0、4.0和4.5g的硝酸钾，再至分析天平称出准确数据，把称量瓶依次放入干燥器中待用。2、在台天平上称取216.2g蒸馏水于杜瓦瓶内，放入磁子，拧紧瓶盖，并放到反应架上。3、打开电源开关，确保磁子旋转，仪器处于待机状态。4、把热敏电阻探头置于杜瓦瓶中，按下“状态转换”，使实验装置处于测试状态。调节加热功率为2.30W保持不变，使体系的温度高于环境0.5K左右。5、当水温升至比室温高出0.5K时，从加料口加入第一份样品。加入样品后，溶液温度很快下降，随着加热器加热，温度慢慢上升，待升至起始温度为零时，记下此时显示的时间。接着加入第二份样品，如上所述继续测定，直至八份样品全部测定完毕。6、把热功率调到最小，关闭电源开关，拆去实验装置，检查硝酸钾是否溶完，如未全溶，则必须重做；溶解完全，将溶液倒入回收瓶中五、实验注意事项1、本实验过程中要求I、V保持稳定，如有不稳需随时校正。2、本实验应保证样品完全溶解，否则需要重做实验。实验时需有合适的搅拌速度，加入样品时速度要加以注意，防止样品进入杜瓦瓶过速，至使磁子陷住不能正常搅拌.搅拌速度不适宜时，还会因水的传热性差而导致Q值偏低。甚至会使Q～n。图变形。3、实验过程中加热时间与样品的量是累计的，切不可在中途停止实验。4、实验结束后，杜瓦瓶中不应存在硝酸钾的固体，否则需重做实验。5、放样品速度也不宜过慢，因为如果过于慢，温度达不到0°C以下，则补偿法失败，需要重新进行实验。六、实验数据记录及处理：1、初始数据：室温为17.7℃加热功率为2.33W杜瓦瓶中水的质量：，实验数据：样品序号12345678称量瓶+样品/g8.95147.821811.347311.708512.809213.068112.605713.4641实验结束后称量瓶/g6.39836.28488.8118.7149.61249.03098.60778.9136样品重/g2.55311.5372.53632.99453.19684.03723.9984.5505按每次累积的浓度和累积的热量，求各浓度下溶液的n0和QS样品序号123456782.55314.09016.62649.620912.817716.854920.852925.4034n0475.11296.57183.06126.0894.6371.9758.1747.75t/s541818125516812119264431373654Pt/J1260.211905.142924.583916.664938.126161.027309.428513.39Qs/KJ/mol49.9047.0944.6241.157738.9536.9635.4433.88将以上数据列表并作QS—n0图，等压绝热过程Qp=H，由软件进行多项式拟合曲线，得到ΔsolH—n0的关系：Y=A+B1*X+B2*X^2+B3*X^3(A=27.35008，B1=0.16126 ，B2=-4.51116E-4 ，B3=4.45394E-7）将n0=80，100，200，300和400带入曲线方程，得到的积分溶解热将曲线Y求导得到Y'=B1+2B2*X+3B3*X^2，再将n0=80，100，200，300和400带入Y'，得到该点的切线斜率即为微分稀释热；进而得到该点的切线方程，根据切线方程求得直线截距即为该店的微分溶解热：积分溶解热△solH/(kJ/mol)微分稀释热（△solH/n)T,p,n0/(kJ*mol-2)微分溶解热（△solH/n0)T,p,n/(kJ*mol-2)8037.590.0976329.7810039.410.0844030.9720045.120.0342638.2730047.150.010843.9040048.180.0141642.52最后计算n0从80→100，100→200，200→300，300→400的积分稀释热：80100100200200300300400积分稀释热ΔsolH(n02)-△solH(n01)(kJ/mol)1.825.712.031.03实验分析与思考：实验误差分析：（1）本实验用电热补偿法测量溶解热时，整个实验过程要注意电热功率的检测准确，但实验过程中电热功率则在变化，很难得到一个准确值。如在实验进行仅2100s左右时，观察到加热功率由2.31W变化到2.32W，570s左右变化到2.33W，之后没怎么变。实验数据处理时，采用全程2.33W来求算补偿热。考虑到，若本实验装置使用计算机控制技术，采用传感器收集数据，使整个实验自动化完成，则可以提高实验的准确度。（2）固体KNO3易吸水，故称量和加样动作应迅速。固体KNO3在实验前务必研磨成粉状，并在110℃烘干，而实验中并没有将样品进行烘干，故而带来误差。（3）本实验的关键是确保样品充分溶解，因此实验前应将样品充分研磨，实验时需有合适的搅拌速度，加入样品时速度要加以注意，防止样品进入杜瓦瓶过速，至使磁子陷住不能正常搅拌.搅拌速度不适宜时，还会因水的传热性差而导致Q值偏低。（4）加药品时，加料口上沾有一定量的药品，使实际加入的药品少于称量的药品。导致Q偏低。（5）实验开始时为了体系在实验过程中能更接近绝热条件，减小热损耗，体系的设定温度应该比环境温度高0.5℃。但是实验中实验室的温度越为17.7℃，且在不断变化，而体系设定温度为19.21℃，导致实验液体温度太高，与外界发生热