溶解热的测定

实验七 溶解热的测定

一、实验目的

1.掌握采用电热补偿法测定热效应的基本原理。

2.用电热补偿法测定硝酸钾在水中的积分溶解热，并用作图法求出硝酸钾在水中的微分溶解热、积分稀释热和微分稀释热。 3.掌握溶解热测定仪器的使用。

二、实验原理

物质溶解过程所产生的热效应称为溶解热，可分为积分溶解热和微分溶解热两种。积分溶解热是指定温定压下把1mol物质溶解在n0mol溶剂中时所产生的热效应。由于在溶解过程中溶液浓度不断改变，因此又称为变浓溶解热，以△solH表示。微分溶解热是指在定温定压下把1mol物质溶解在无限量某一定浓度溶液中所产生的热效应，以表示.在溶解过程中浓度可视为不变，因此又称为定浓度

??solH)T,p,n表示，即定温、定压、定溶剂状态下，由微小的溶质增溶解热，以(?n量所引起的热量变化。

稀释热是指溶剂添加到溶液中，使溶液稀释过程中的热效应，又称为冲淡热。它也有积分（变浓）稀释热和微分（定浓）稀释热两种。积分稀释热是指在定温定压下把原为含1mol溶质和n01mol溶剂的溶液冲淡到含n02mol溶剂时的热效应，它为两浓度的积分溶解热之差。微分稀释热是指将1mol溶剂加到某一浓度

??solH)T,p,n表示，即定温、定压、定溶质的无限量溶液中所产生的热效应，以(?n0状态下，由微小的溶剂增量所引起的热量变化。

积分溶解热的大小与浓度有关，但不具有线性关系。通过实验测定，可绘制出一条积分溶解热△solH与相对于1mol溶质的溶剂量n0之间的关系曲线，如图1所示，其他三种热效应由△solH~n0曲线求得。

设纯溶剂、纯溶质的摩尔焓分别为Hm1和Hm2，溶液中溶剂和溶质的偏摩尔焓分别为H1和H2，对于由n1mol溶剂和n2mol溶质组成的体系，在溶质和溶剂未混合前，体系总焓为：

图1

0H=n1 Hm1+n2 Hm2 (1)

将溶剂和溶质混合后，体系的总焓为：

H’= n1 H1+n2 H2 (2)

因此，溶解过程的热效应为：

△H=n1(H1-Hm1)+n2(H2-Hm2)=n1△H1+n2△H2 (3)

在无限量溶液中加入1mol溶质，(3)式中第一项可以认为不变，在此条件下所产生的热效应为(3)式中第二项中的△H2，即微分溶解热。同理，在无限量溶液中加入1mol溶剂，(3)式中第二项可以认为不变，在此条件下所产生的热效应为(3)式中第一项中的△H1，即微分稀释热。

根据积分溶解热的定义，有：

?H△solH= (4)

n2将(3)式代入，可得：

n1 △solH=△H1+△H2=n01△H1+△H2 (5)

n2 此式表明，在△solH~n0曲线上，对一个指定的n01，其微分稀释热为曲线在该点的切线斜率，即图1中的AD/CD。n01处的微分溶解热为该切线在纵坐标上的截距，即图1中的OC。

在含有1mol溶质的溶液中加入溶剂，使溶液量由n01mol增加到n02mol，所产生的积分溶解热即为曲线上n01和n02两点处△solH的差值。

本实验测硝酸钾溶解在水中的溶解热，是一个溶解过程中温度随反应的进行而降低的吸热反应，故采用电热补偿法测定。实验时先测定体系的起始温度，溶解进行后温度不断降低，由电加热法使体系复原至起始温度，根据所耗电能求出溶解过程中的热效应Q。

(6)

式中，I为通过加热器电阻丝（电阻为R）的电流强度(A)，V为电阻丝两端所加的电压(V)，t为通电时间(s)。

三、仪器和试剂

1.仪器

SWC-RJ一体式溶解热测量装置(如右图，具体参数为：加热功率：0～12.5W可调；温度/温差分辨率：0.01℃/0.001℃；计时时间范围：0～9999 S；输出：RS232C串行口)

称量瓶8只,毛刷1个，电子分析天平，台秤

2.试剂

硝酸钾固体(A.R.已经磨细并烘干)

四、实验步骤

1.称样

取8个称量瓶，先称空瓶，再依次加入约为2.5、1.5、2.5、3.0、3.5、4.0、4.0、4.5 g的硝酸钾（亦可先去皮后直接称取样品），粗称后至分析天平上准确称量，称完后置于保干器中，

在台天平上称取216.2 g蒸馏水于杜瓦瓶内。

具体数据记录见五中，称量瓶洗净吹干后，一定要称量空瓶的质量，由于没有保干器，所以称量以后要马上盖上盖子。蒸馏水称量了218.2g。

2.连接装置

如右图所示，连接电源线，打开温差仪，记下当前室温。

将杜瓦瓶置于测量装置中，插入探头测温，打开搅拌器，注意防止搅拌子与测温探头相碰，以免影响搅拌。

将加热器与恒流电源相连，打开恒流电源，调节电流使加热功率为2.5瓦，记下电压、电流值。同时观察温差仪测温值，当超过室温约0.5℃时按下“采零”按钮和“锁定”按钮，并同时按下“计时”按钮开始计时。

当前室温是15.6℃，注意要放入搅拌子。当显示温度超过室温0.5℃后，按下“状态转换”按钮，系统自定采零并开始计时，加热功率为2.30W左右。

3.测量

将第一份样品从杜瓦瓶盖口上的加料口倒入杜瓦瓶中，倒在外面的用毛刷刷进杜瓦瓶中。此时，温差仪显示的温差为负值。监视温差仪，当数据过零时记下时间读数。接着将第二份试样倒入杜瓦瓶中，同样再到温差过零时读取时间值。如此反复，直到所有的样品全部测定完。

采零后要迅速开始加入样品，否则升温过快可能温度回不到负值。加热速度不能太快也不能太慢，要保证温差仪的示数在-0.5℃以上。具体数据记录见五中。

4.称空瓶质量

在分析天平上称取8个空称量瓶的质量，根据两次质量之差计算加入的硝酸

钾的质量。

实验结束后，打开杜瓦瓶盖，检查硝酸钾是否完全溶解。如未完全溶解，要重做实验。

倒去杜瓦瓶中的溶液（注意别丢了搅拌子），洗净烘干，用蒸馏水洗涤加热器和测温探头。关闭仪器电源，整理实验桌面，罩上仪器罩。

具体数据记录见五中，打开杜瓦瓶盖发现KNO3已完全溶解，证明实验成功。

五、数据记录和处理

室温15.6℃ 大气压力(kPa)：102.80

1.数据记录

本实验记录的数据包括水的质量、8份样品的质量、加热功率以及加入每份样品后温差归零时的累积时间。 称量瓶号 空瓶质量/g KNO3+瓶/g 剩余瓶重/g 加热功率归零时间/s /W 1 6.0255 8.5033 6.0274 2.31 392 2 6.3495 7.8484 6.3515 2.31 615 3 6.6109 9.2372 6.6118 2.31 1016 4 6.7392 9.8224 6.7401 2.31 1462 5 6.3522 10.1798 6.3529 2.31 1997 6 6.5809 10.8726 6.5817 2.31 2583 7 6.1969 10.4015 6.1982 2.31 3122 8 6.6755 11.3035 6.6770 2.31 3671 2.将数据输入计算机，计算n水和各次加入的KNO3质量、各次累积加入的KNO3的物质的量。根据功率和时间值计算向杜瓦瓶中累积加入的电能Q。 n水=218.2/18.016=12.1mol MKNO3=101.10g/mol 称量瓶号 加入KNO3/g 累积KNO3/g 累积nKNO3/mol 累积电能/kJ 1 2.4759 2.4759 0.02449 0.9050 2 1.4969 3.9728 0.03930 1.4210 3 2.6254 6.5982 0.06526 2.3481 4 3.0823 9.6805 0.09575 3.3778 5 3.8269 13.5074 0.13360 4.6326 6 4.2909 17.7983 0.17605 5.9928 7 4.2033 22.0016 0.21762 7.2431 8 4.6265 26.6281 0.26338 8.5168 3.绘制ΔsolH~n0曲线

用以下计算式计算各点的ΔsolH和n0：

QΔsolH= (7)

nKNO3n0n0= (8)

nKNO3瓶号 1 2 3 4 5 6 7 8 ΔsolH/ 36.953 36.161 35.978 35.277 34.674 34.041 33.283 32.336 KJ/mol n0/mol 494.55 308.21 185.58 126.49 90.652 68.797 55.654 45.984 在origin中绘制ΔsolH~n0关系曲线，并对曲线拟合得曲线方程。 使用多项式拟合进行二次拟合，得到如下图：

R-Square(COD) SD N P ----------------------------------------------------0.88271 0.63253 8 0.00471

可见拟合度并不好，故采用 三次拟合