溶解热的测定28553.docx
《溶解热的测定28553.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《溶解热的测定28553.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
溶解热的测定28553
实验七溶解热的测定
1、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。
2、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，因此又称为定浓度溶解热，以
表示，即定温、定压、定溶剂状态下，由微小的溶质增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溶剂加到某一浓度的无限量溶液中所产生的热效应，以
表示，即定温、定压、定溶质状态下，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
H=n1Hm1+n2Hm2
（1）
将溶剂和溶质混合后，体系的总焓为：
H’=n1H1+n2H2
（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：
△solH=
（4）
将（3）式代入，可得：
△solH=
△H1+△H2=n01△H1+△H2（5）
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）。
3、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：
0～9999S；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、4.5g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216.2g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/W
归零时间/s
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=12.1molMKNO3=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：
ΔsolH=
（7）
n0=
（8）
瓶号
1
2
3
4
5
6
7
8
ΔsolH/KJ/mol
36.953
36.161
35.978
35.277
34.674
34.041
33.283
32.336
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）SDNP
----------------------------------------------------0.882710.6325380.00471
可见拟合度并不好，故采用三次拟合
使用多项式拟合进行二次拟合，得到如下图：
PolynomialRegressionforDATA1_B:
Y=A+B1*X+B2*X^2+B3*X^3
ParameterValueError
------------------------------------------------------------
A30.105990.55534
B10.067440.01047
B2-2.34981E-44.86045E-5
B32.56103E-76.11745E-8
------------------------------------------------------------
R-Square（COD）SDNP
------------------------------------------------------------
0.978210.3048588.84128E-4
------------------------------------------------------------
拟合度达到0.98，所以采用三次拟合。
得到的曲线方程为
y=30.10599+0.06744x-2.34981E-4x2+2.56103E-7x3
4.积分熔解热，积分稀释热，微分熔解热，微分稀释热的求算
将n0=80、100、200、300、400代入3中的曲线方程，求出溶液在这几点处的积分溶解热。
积分溶解热值表
n0
80
100
200
300
400
ΔsolH（KJ/mol）
34.1284
34.7563
36.2436
36.1045
35.8756
将所得曲线方程对n0求导，将上述几个n0值代入所得的导函数，求出这几个点上的切线斜率，即为溶液n0在这几点处的微分稀释热：
求得一阶导数方程为
y′=0.06744-4.69962E-4x+7.68309E-7x2
微分稀释热值表
n0
80
100
200
300
400
微分稀释热（KJ/mol）
0.03476
0.02813
0.004180
-0.004401
0.002385
利用一元函数的点斜式公式求截距，可得溶液在这几点处的微分溶解热。
微分溶解热值表
n0
80
100
200
300
400
微分溶解热（KJ/mol）
31.3476
31.9436
35.4076
37.4247
34.9218
最后，计算溶液n0为80→100，100→200，200→300，300→400时的积分稀释热。
积分稀释热值表
n0
80→100
100→200
200→300
300→400
积分稀释热（KJ/mol）
0.6279
1.4873
-0.1391
-0.2289
六、注意事项
1.实验开始前，插入测温探头时，要注意探头插入的深度，防止搅拌子和测温探头相碰，影响搅拌。
另外，实验前要测试转子的转速，以便在实验室选择适当的转速控制档位。
2.进行硝酸钾样品的称量时，称量瓶要编号并按顺序放置，以免次序错乱而导致数据错误。
另外，固体KNO3易吸水,称量和加样动作应迅速。
3.本实验应确保样品完全溶解，因此，在进行硝酸钾固体的称量时，应选择粉末状的硝酸钾。
4.实验过程中要控制好加样品的速度，若速度过快，将导致转子陷住不能正常搅拌，影响硝酸钾的溶解；若速度过慢，一方面会导致加热过快，温差始终在零以上，无法读到温差过零点的时刻，另一方面可能会造成环境和体系有过多的热量交换。
5.实验是连续进行的，一旦开始加热就必须把所有的测量步骤做完，测量过程中不能关掉各仪器点的电源，也不能停止计时，以免温差零点变动及计时错误。
6.实验结束后应杜瓦瓶中是否有硝酸钾固体残余，若硝酸钾未全部溶解，则要重做实验。
七、实验讨论
1.固体KNO3易吸水，故称量和加样动作应迅速。
实验书中要求固体KNO3在实验前务必研磨成粉状，并在110℃烘干，而在实验中并没有将样品进行烘干，只是盖上了盖子，故而带来误差。
但考虑到实验是在冬天进行，气候干燥，故此影响不大。
2.为了使KNO3固体在加入杜瓦瓶时不撒出来，可以在加料口出加上一个称量纸卷成的漏斗。
但是这样操作会使一些药品聚集在纸漏斗口处，所以每次加完药品都要抖一抖称量纸，使样品全部进入杜瓦瓶。
3.加入样品速度过快会使磁子陷住而使样品溶解不完全；加入速度慢则会使体系与环境有较多的热交换，而且可能使温差回不到零点。
所以加样过程中应该先快后慢，即加入新编号瓶子的硝酸钾时应该快速倒入，使其温差迅速回到负值，然后再慢慢加入。
搅拌速率也要适宜，太快可能使KNO3固体溶解不完全；太慢会因水的传热性差而导致Q值偏低。
4.KNO3固体是否溶解完全是本实验的最大影响因素。
除了上面几个因素之外，还要保证使用的KNO3固体是粉末状的。
5.之所以温度零点设定在高于室温0.5℃是为了体系在实验过程中能更接近绝热条件，减小热损耗。
所以在加入KNO3固体时，慢慢加入尽量保证温差显示在-0.5℃左右。
但是不可能保证系统与环境完全没有热交换，这也是实验的误差原因之一。
6.KNO3固体的溶解过程是一个吸热过程，所以积分溶解热都大于0。
而高浓度溶液向低浓度稀释也可以看作是一个溶解过程，所以积分溶解热随n0变大而增大，故积分稀释热大于0，微分溶解热也大于0。
当n0变大时，微小的溶质增量引起的热效应越来越小，故微分溶解热也越来越小，但同时积分溶解热变大，故微分稀释热也变大。
但是实验所计算出的数据与上述结论有较大出入，特别是积分、微分稀释热甚至有负值。
这应该是拟合的曲线问题。
2号称量瓶的数据不太准确，使得拟合时使用多项式拟合拟合度更好。
2号称量瓶在操作时加入过快，温差到了-1.0以下，使得得到的Q值偏小。
硝酸钾的积分溶解热曲线更像是具有对数关系，如果采用对数拟合可能结果会更好，但是使用的origin7是破解版，无法使用其非线性拟合功能，做不出对数函数的图。
查阅资料知若采用式（9）进行拟合，结果与实验值也十分接近。
（9）式即为对数函数的泰勒级数展开式的化简。
Y=B0+B1*X1/3+B2*X2/3+B3*X（9）
7.对于溶解过程放热的反应，可以借鉴燃烧焓测定的实验，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。
WelcomeTo
Download!
!
!
欢迎您的下载，资料仅供参考！
升级会员 