实验九溶解热的测定

1实验九溶解热的测定9.1实验目的9.1.1了解电热补偿法测定热效应的基本原理；9.1.2.通过用电热补偿法测定硫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冲淡热、积分冲淡热和微分溶解热；9.1.3掌握电热补偿法的仪器使用。9.2实验原理9.2.1物质溶解于溶剂过程的效应称为溶解热。它有积分溶解热和微分溶解热两种。前者指在定温定压下把1mol溶质溶解在n0mol的溶剂中所产生的热效应，由于过程中溶液的浓度逐渐改变，因此也称为变浓溶解热以Qs表示。后者指在定温定压下把1mol溶质溶解在无限量的某一定浓度的溶液中所产生的热效应。由于在溶解过程中溶液浓度可实际上视为不变，因此也称为定浓溶解热，以表示。把溶剂加到溶液中使之稀释，其热效应称为冲淡热。它有积分(变浓)冲淡热和微分(或定浓)冲淡热两种。通常都以对含有1mol溶质的溶液的冲淡情况而言。前者系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溶剂为n02mol时的热效应。亦即为某两浓度的积分溶解热之差，以Qd表示。后者系指1mol溶剂加到某一浓度的无限量溶液中所产生的热效应，以表示。9.2.2积分溶解热由实验直接测定，其它三种热效应则可通过Qs~n0曲线求得：设纯溶剂、纯溶质的摩尔焓分别为和，溶液中的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H=n1+n2(9.1)当混合成溶液后=n1+n2(9.2)因此溶解过程的热效应为△H=-H=n1(-)+n2(-)=n1△H1+n2△H2(9.3)2式中，△H2为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：Qs=△H/n2=n1/n2△H1+△H2=n01△H1+△H2(9.4)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=AD/CD。该切线在纵坐标上的截距OC，即为相应于该浓度溶液的微分溶解热。而在含有1mol溶质的溶液中加入溶剂使溶剂量由n02mol增至n01mol过程的积分冲淡热Qd=(Qs)n01-(Qs)n02=BG-EG。9.2.3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。先测定体系的起始温度T，当反应进行后温度不断降低时，由电加热法使体系复原至起始温度，根据所耗电能求出其热效应Q。Q=I2Rt=IVt/J(9.5)式中，I为通过电阻为R的电阻丝加热器的电流强度(A)，V为电阻丝两端所加的电压(V)，t为通电时间(s)。9.3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，停表1只，称量瓶(20×40mm)8只，称量瓶(35×70mm)1只，毛笔1支，硝酸钾(AR)约26g。9.4实验步骤9.4.1硝酸钾26g。(已进行研磨和烘干处理)，放入干燥器中。9.4.2将8个称量瓶编号，精确称量。依次加入约2.5、1.5、2.5、3.0、3.5、4.0、4.0和4.5g的硝3酸钾，再至分析天平准确称量，把称量瓶依次放入干燥器。9.4.3用量筒加200ml蒸馏水于杜瓦瓶内，按图Ⅱ-9-2装置接妥线路。9.4.4经教师检查后，打开温差报警仪电源，把热敏电阻探头置于室温中数分钟，按下测量档开头，再按设定档开头，把指针调至0.5(红色刻度)处，按下报警开头。把探头放入杜瓦瓶中，注意勿与搅拌磁子接触。9.4.5开启磁力搅拌器电源(注意不要开启加热旋钮)，调节搅拌磁子的转速。打开稳流电源开关，调节IV=2.3左右，并保持电流电压稳定。当水温升至比室温高出0.5K时，(表头指针逐渐由0.5→0靠近)，当表头指针指零时，报警仪报警，立即按动秒表开始计时，随即从加料口加入第一份样品，并用毛笔将残留在漏斗上的少量样品全部扫入杜瓦瓶中，用塞子塞住加料口。加入样品后，溶液温度很快下降，报警仪停止报警。(此时指针又开始偏离0处)，随加热器加热，温度慢慢上升，(指针又逐渐接近0处)待升至起始温度时，报警仪又开始报警，即记下时间，(读准至0.5s，切勿按停表)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。9.5实验注意事项9.5.1实验过程中要求I、V值保持稳定，如有不稳需随时校正。9.5.2固体KNO3易吸水，故称量和加样动作应迅速。本实验应确保样品充分溶解，因此固体KNO3在实验前务必研磨成粉状，并在110℃烘干。从漏斗加入时要尽量注意均匀加入，不要造成阻塞，防止样品进入杜瓦瓶过速，至使磁子陷住不能正常搅拌，但样品加入太慢也会引起实验的故障。9.5.3搅拌速度不适宜时，还会因水的传热性差而导致Qs值偏低，甚至会使Qs~n0图变形。9.5.4量热器绝热性能与盖上各孔隙密封程度有关，实验过程中要注意盖好，减少热损失。9.5.5实验过程中加热时间与样品的量是累计的，因而秒表的读数也是累计的，切不可在中途把秒表卡停。9.5.6实验结束后，杜瓦瓶中不应存在硝酸钾的固体，否则需要重做实验。9.6实验数据记录及处理9.6.1数据记录及处理4表1.硝酸钾溶解热的测定实验日期：2013.10.26；室温：12.50℃；大气压：98.74kPa样品编号1#2#3#4#5#6#7#8#样品质量/g2.50661.50042.51823.04163.50344.0034.0294.5014通电时间t/s387226361418460525513554累计样品质量/g2.50664.0076.52529.566813.070217.073221.102225.6036累计通电时间t/s38761397413921852237728903444室温t=12.50℃，加热功率N=2.232W，Q=Nt/J累计Q/J863.7841368.222173.973106.944133.665305.466450.487687.01nKNO3=mKNO3/MKNO3，MKNO3=101.1g/mol累计nKNO3/10-2mol2.47933.96346.45429.462712.928016.887420.872625.3250Qs=Q/nKNO3累计Qss/kJ.mol-134839.434521.233683.032833.631974.531416.630904.130353.4n0=nH2O/nKNO3，nH2O=216.2/18.02=11.998mol累计n0483.921302.720185.894126.79292.80671.04757.48247.376图1.Qs~n0关系曲线图npTnQs,,0=7044.48/103.7861e-n0/103.786npTnQsnpTnQssnQ,,0,,00Qd=Qs(n0,1)-Qs(n0,2)表2.硝酸钾各种热效应的计算n080100200300400积分溶解热Qs/J.mol-131637.232208.433870.734504.934746.9微分溶解热/J.mol-126207.225420.920295.614142.47596.9微分冲淡热/J.mol-131.40125.8959.8813.7701.438n0,2→n0,180→100100→200200→300300→400积分冲淡热Qd/J.mol-1571.221662.28634.24241.99npTnQs,,00,,npTnQs0100200300400500300003100032000330003400035000Qs/Jsn0Qs=34896.18-7044.48e-n0/103.78659.7、思考题9.7.1本实验装置是否适用于放热反应求测？答：不适用。因为电热补偿法只能用于测定吸热过程的热效应。9.7.2设计由测定溶解热的方法求：CaCl2(s)+6H2O(l)==CaCl2.6H2O(s)的反应热。解：CaCl2(s)+nH2O(l)==CaCl2(aq)△H1=Qs1先测定1molCaCl(s)的溶解热Qs1CaCl2.6H2O(s)+(n-6)H2O(l)==CaCl2(aq)△H2=Qs2再测定1molCaCl2.6H2O(s)的溶解热Qs2CaCl2(s)+6H2O(l)==CaCl2.6H2O(s)△H=Qs1-Qs2