溶解热的测定(KNO3溶解热的测定)

第1页共7页KNO3溶解热的测定一、实验目的1.用电热补偿法测定KNO3在不同浓度水溶液中的积分溶解热。2.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。二、预习要求1.复习溶解过程热效应的几个基本概念。2.掌握电热补偿法测定热效应的基本原理。3.了解如何从实验所得数据求KNO3的积分溶解热及其它三种热效应。4.了解影响本实验结果的因素有那些。三、实验原理1.在热化学中，关于溶解过程的热效应，引进下列几个基本概念。溶解热：在恒温恒压下，n2摩尔溶质溶于n1摩尔溶剂(或溶于某浓度的溶液)中产生的热效应，用Q表示，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，一摩尔溶质溶于n0摩尔溶剂中产生的热效应，用sQ表示。微分溶解热：在恒温恒压下，一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1,,2nptnQ表示，简写为12nnQ。冲淡热：在恒温恒压下，一摩尔溶剂加到某浓度的溶液中使之冲淡所产生的热效应。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。积分冲淡热：在恒温恒压下，把原含一摩尔溶质及n01摩尔溶剂的溶液冲淡到含溶剂为n02时的热效应，亦即为某两浓度溶液的积分溶解热之差，以dQ表示。微分冲淡热：在恒温恒压下，一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2,,1nptnQ表示，简写为21nnQ。2.积分溶解热(sQ)可由实验直接测定，其它三种热效应则通过sQ—n0曲线求得。设纯溶剂和纯溶质的摩尔焓分别为)1(mH和)2(mH，当溶质溶解于溶剂变成溶液后，在溶液中溶剂和溶质的偏摩尔焓分别为mH,1和mH,2，对于由1n摩尔溶剂和2n摩尔溶质组成的体系，在溶解前体系总焓为H。)2()1(21mmHnHnH(1)设溶液的焓为H′，mmHnHnH,22,11/(2)第2页共7页因此溶解过程热效应Q为)2()1(,22,11/mmmmmixHHnHHnHHHQ)2()1(21HnHnmixmmix(3)式中，)1(mmixH为微分冲淡热，)2(mmixH为微分溶解热。根据上述定义，积分溶解热sQ为)1()2()1()2(02122mmixmmixmmixmmixmixsHnHHnnHnHnQQ（4）在恒压条件下，HQmix，对Q进行全微分（5）上式在比值21nn恒定下积分，得（6）全式以n2除之12)2(nmixnQH（7）因ssQnQQnQ22021021nnnnnn（8）则22200221)()(nsnSnnQnnQnnQ（9）将(8)、(9)代入(7)得:第3页共7页21002nsnsnQnnQQ(10）对比(3)与(6)或(4)与(10)式,微分冲淡热)1(Hmix可表示为2201)1()1(nsmixnmixnQHnQH或以SQ对0n作图，可得图Ⅲ-2-1的曲线关系。在图Ⅲ-2-1中，AF与BG分别为将一摩尔溶质溶于01n和02n摩尔溶剂时的积分溶解热SQ，BE表示在含有一摩尔溶质的溶液中加入溶剂，使溶剂量由01n摩尔增加到02n摩尔过程的积分冲淡热dQ。EGBGQQQnsnsd0102)()((11)图Ⅲ-2-1中曲线A点的切线斜率等于该浓度溶液的微分冲淡热。由（10）式可知，切线在纵轴上的截距等于该浓度的微分溶解热。图Ⅲ-2-1QS—n0关系图由图Ⅲ-2-1可见，欲求溶解过程的各种热效应，首先要测定各种浓度下的积分溶解热，然后作图计算。一般量热计由数字式精密温度计、搅拌器、杜瓦瓶、加样漏斗和加热器等组成。第4页共7页3.测量热效应是在“量热计”中进行。量热计的类型很多，分类方法也不统一，按传热介质分有固体或液体量热计，按工作温度的范围分有高温和低温量热计等。一般可分为两类:一类是等温量热计，其本身温度在量热过程中始终不变，所测得的量为体积的变化，如冰量热计等;另一类是经常采用的测温量热计，它本身的温度在量热过程中会改变，通过测量温度的变化进行量热，这种量热计又可以是外壳等温或绝热式的等。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，如图Ⅲ-2-2所示量热计直径为8cm、容量为1000mL的杜瓦瓶，并加盖以减少辐射、传导、对流、蒸发等热交换。电加热器是用直径为0.1mm的镍铬丝，其电阻约为10Ω，装在盛有油介质的硬质薄玻璃管中，玻璃管弯成环形，加热电流一般控制在300mA～500mA。为使均匀有效地搅拌，一般用电动搅拌器，也可按捏长短不等的两支滴管使溶液混合均匀。用用数字精密温度计测量温度变化。在绝热容器中测定热效应的方法有两种:(1)先测定量热系统的热容量C，再根据反应过程中温度变化ΔT与C之乘积求出热效应(此法一般用于放热反应)。(2)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。IUtRtIQ2式中，I为通过电阻为R的电热器的电流强度(A);U为电阻丝两端所加电压(V);t为通电时间(s).这种方法称为电热补偿法。本实验采用电热补偿法，测定KNO3在水溶液中的积分溶解热，并通过图解法求出其它三种热效应。四、仪器药品1.仪器中和热量热装置1套;精密直流稳压电源(1A，0V～30V)1台;数字式精密温度计1台;秒表1只（用手机替代）;200ml容量瓶1个；称量瓶(25mm×25mm)8只;干燥器1只;研钵1个。2.药品KNO3(分析纯)。3.试验装置第5页共7页五、实验步骤1.稳压电源使用前在空载条件下先通电预热15min。2.将8个称量瓶编号，依次加入在研钵中研细的KNO3，其重量分别为2.5g、1.5g、2.5g、2.5g、3.5g、4g、4g和4.5g，放入烘箱，在110℃烘1.5h～2h，取出放入干燥器中(在实验课前进行)。3.用分析天平准确称量上面8个盛有KNO3的称量瓶，称量后将称量瓶放回干燥器中待用。4.在杜瓦瓶中装入200ml蒸馏水，调好数字式精密贝温度计，连好线路(杜瓦瓶用前需干燥)。5.经教师检查无误后接通电源，调节稳压电源，使加热器功率约为2.5W，保持电流稳定，开动搅拌按扭，当水温慢慢上升到比室温水高出1.5℃时读取准确温度，按下秒表开始计时，同时从加样漏斗处加入第一份样品，并将残留在漏斗上的少量KNO3全部掸入杜瓦瓶中，然后用塞子堵住加样口。记录电压和电流值，在实验过程中要一直搅拌液体，加入KNO3后，温度会很快下降，然后再慢慢上升，待上升至起始温度点时，记下时间（读准至秒，注意此时切勿把秒表按停），并立即加入第二份样品，按上述步骤继续测定，直至八份样品全部加完为止。6.测定完毕后，切断电源，打开量热计，检查KNO3是否溶完，如未全溶，则必须重作;溶解完全，可将溶液倒入回收瓶中，把量热器等器皿洗净放回原处。7.用分析天平称量已倒出KNO3样品的空称量瓶，求出各次加入KNO3的准确重量。六、注意事项1.实验过程中要求I、V值恒定，故应随时注意调节。2.实验过程中切勿把秒表按停读数，直到实验最后结束方可停表。第6页共7页3.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。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。七、数据处理1.根据溶剂的重量和加入溶质的重量，求算溶液的浓度，以n表示1.10102.1822320累WdVnnnOHOHKNOOH2.按Q=IUt公式计算各次溶解过程的热效应。3.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。4.将以上数据列表并作QS—n0图，并从图中求出n0=80，100，200，300和400处的积分溶解热和微分冲淡热，以及n0从80→100，100→200，200→300，300→400的积分冲淡热。I=(A);U=(V);IU=(W)igiWgwistJQ1-smol.JQ0n12345678【思考问题】1.本实验的装置是否可测定放热反应的热效应？可否用来测定液体的比热、水化热、生成热及有机物的混合等热效应？2.对本实验的装置、线路你有何改进意见？swc-ⅡD型数字式精密温度计的使用方法SWC-ⅡD智能数字恒温控制器使用方法：1、将传感器置于介质中，电源开关置于“开”。观察显示屏上温度与温差的读数。2、当温度与温差的读数达到平衡的时候，按下采零键，当温差的读数显示为0.000的时候，按下锁定键。第7页共7页3、时间的设定。按下向上箭头，使读数为15秒。松开按纽，读数开始倒记时。当到达0时，蜂鸣器鸣叫，温差读数保持2秒不变，此时记下读数即可。SWC-ⅡC数字式精密温度计使用方法一.使用方法1.操作实验前的准备.(1)将仪器后面板的电源线插入220V电源.(2)检查探头编号,并将其和后盖的“Rt”端子对应连接紧.(3)将探头插入被测物中深度应大于50mm,打开电源开关.2.温度测量(1)将面板“温度-温差”按钮置于“温度”位置，此时显示器最末尾显示“０C”表明仪器处于温度测量测量状态．(2)将面板“测量－保持”按钮置于测量位置。３.温差测量(1)将面板“温度-温差”按钮置于“温差”位置，此时显示器最末尾显示“０”，表明仪器处于温差测量测量状态．(2)将面板“测量－保持”按钮置于测量位置。(3)按被测物的实际温度调节“基温选择”，使读数的绝对值尽可能小，记下数字T1(4)显示器动态显示的数字为相对于Ｔ１的温度变化△T。二.注意事项(1)本仪器仅适用于220V电源。(2)作温差测量时，“基温选择”在一次测量中不允许换档。(3)仪器数字不变，可检查仪器是否处于“保持”状态。