实验25 溶解热的测定

实验25溶解热的测定 预习要求 1.溶质在溶解过程中,或溶液在稀释过程中的热效应种类。 2.理解电热补偿法的原理。 3. 理解偏摩尔量的概念。 实验目的 1. 了解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冲淡热、积分冲淡热和微分溶解热。 3. 初步了解溶解热实验中数据采集过程。 实验原理 1. 溶质加人溶剂的溶解过程,和溶剂加人溶液的稀释过程，一般均伴随着热效应的发生。热效应的大小和正负取决于溶剂和溶质的性质和它们的相对量。关于溶解及稀释过程的热效应,有下列几个基本概念:                          溶解热:在恒温、恒压下,溶质溶解于溶剂(或某浓度溶液)过程中的热效应,用Q表示。可分为积分溶解热和微分溶解热。 积分溶解热:在恒温、恒压下,单位物质的量的溶质溶于物质的量为no的溶剂中产生的热效应,由于溶解过程中溶液的浓度逐渐改变,也称为变浓溶解热,用 Qs表示 。 微分溶解热:在恒温、恒压下,单位物质的量的溶质溶于某一确定浓度的无限量的溶液中产生的热效应。 由于在溶解过程中溶液的浓度可视为不变,也称为定浓溶解热,以 表示。 冲淡热:在恒温、恒压下,把溶剂加到溶液中使之稀释所产生的热效应。分为积分冲淡热和微分冲淡热两种。通常都以含有单位物质的量的溶质的溶液的稀释情况而言。 积分冲淡热:在恒温、恒压下，把原含有单位物质的量的溶质的溶液稀释，使其中溶剂的物质的量从 变为 时的热效应，亦即为某两浓度溶液的积分溶解热之差，以 表示。 微分冲淡热:在恒温、恒压下，单位物质的量的溶剂加入某一确定浓度的无限量的溶液中产生热效应，以 表示。 2.积分溶解热 由实验直接测定，其他三种热效应则通过 — 曲线求得。 设纯溶剂、纯物质的摩尔焓分别为 和 ，溶液中溶剂和溶质的偏摩尔焓分别为 和 ，对于由物质的量分别为 和 的溶剂和溶质组成的系统，在溶解前系统的总焓为 。 溶解后溶液的焓为 , 因此溶解过程热效应 为 式中： —溶剂在指定溶度溶液中与纯溶剂摩尔焓之差，即微分冲淡热； —溶质在指定溶度溶液中与纯溶剂摩尔焓之差，即微分溶解热； 根据积分溶解热 的定义， 所以在 — 图（见图3-4）上，不同 点的切线斜率为溶液在对应浓度下的微分冲淡热，即 。该切线在纵坐标上的截距为溶液在对应浓度下的微分冲淡热，即 。 与 分别为将单位物质的量的溶质溶于物质的量为 和 溶剂时的积分溶解热 ， 表示在含有单位物质的量的溶质的溶液中加入溶剂，使溶剂物质的量由 增加到 过程的积分冲淡热 。 图3-4 — 关系图 3.本实验是采用绝热式测温热量计，它是一个包括保温杯、搅拌装置、电加热器和测温部件等的量热系统。装置及电路图如图3-5所示。因KNO3在水中溶解式吸热过程，故本实验用电热补偿法测定KNO3在水中的溶解热。即先测定系统的起始温度 ,溶解过程中系统温度随吸热反应进行而降低，再用电加热法使系统升温至起始温度，根据所消耗电能求出热效应 。 图 3-5 热量计及其电路图 1. 伏特计；2.直流毫安表；3.直流稳压电压源；4.测温部件；5. 磁子； 6.漏斗；7.保温杯；8.磁力搅拌器 式中： —通过电阻为 的电热器的电流强度 ； —电阻丝两段所加电压 ； —通电时间 。 仪器和药品 仪器：计算机测定溶解热实验装置一套，称量瓶8只 。 药品：硝酸钾 。 实验步骤 1. 称硝酸钾26 g（已进行研磨和烘干处理），放入干燥器中。 2. 将8个称量瓶编号。在台秤上称量，依次加入约2.5 g、1.5 g、2.5 g、3.0 g、3.5 g、4.0 g、4.5 g硝酸钾，再用分析天平称出准确数据，把称量瓶依次放入干燥器中待用。 3. 量取200 Ml去离子水于保温杯内，打开反应热测量数据采集接口装置的电源，将温度传感器擦干置于空气中，预热3min，但不要打开恒流源及搅拌器电源。 4. 双击桌面上溶解热软件图标，进入首页，按"继续"键进入主菜单。主菜单下设4个菜单项：(1)参数矫正；(2)开始实验；(3)数据处理；(4)退出。 (1) 参数矫正  参数矫正菜单中有“电压参数矫正”和“电流参数矫正”两个子菜单项，电压参数和电流参数一般情况下不需矫正。 (2) 开始实验  开始实验菜单中有“开始实验”和“退出”功能按钮。 按下“开始实验”按钮，根据提示开始测量当前室温，稳定后改成温差挡并置零。这时可打开恒流源及搅拌器电源，把保温杯放在磁力搅拌器上，调节磁子的转速，将带有加热器及漏斗的盖子放好，测量加热器功率，并调节恒流源，使加热器功率在2.25～2.3 W之间，同时将温度传感器也放入其内。按下回车键，测量水温(注意温度传感器探头不要与搅拌磁子和加热电阻丝相接触)。这时不要再调节功率。 当采样到水温高于室温0.5℃时，按计算机提示加人第一份KNO3，，同时计算机会实时记下此时水温和时间 加入KNO3后，由于溶解吸热水温下降，又由于加热器在工作，水温又会上升。当系统探测到水温上升至起始温度时，根据计算机提示加入第二份KNO3,同时计算机记下时间。统计出每份KNO3溶解后，电热补偿通电时间。 重复上一步骤直至第八份KNO3加完。 根据计算机提示关闭加热器和搅拌器(系统已将本次实验的加热功率和8份试样的通电累计时间值自动保存)。 注意事项 1. 本实验应确保试样充分溶解，因此实验前必须研磨。 2. 注意加入试样的速度，防止试样进入保温杯过速，致使磁子陷住不能正常搅拌；但试样如加得太慢也会引起实验误差。 3. 实验时需有合适的搅拌速度，搅拌太慢，会因水的传热性差而导致 值偏低；搅拌太快，会以功的形式向系统中引入能量。 4. 实验结束后，保温杯中不应存在硝酸钾固体，否则需要重做实验。 5. 将仪器放置在无强电磁干扰的区域内。 6. 不要将仪器放置在通风的环境中，尽量保持仪器附近的气流稳定。 数据处理 1. 计算每次加入硝酸钾后的累计质量m(KNO3)和通电累计时间t。 2. 根据溶剂的质量和加入溶质的质量，求算溶液的浓度，以 表示： 3. 计算每次溶解过程的热效应。 4. 计算出的 值进行换算，求出当把单位物质的量的硝酸钾溶于物质的量为 的水中的溶解热 。 5. 将以上数据列表并作 — 图，从图中求出 和 处的积分溶解热、微分溶解热和微分冲淡热。以及 从 的积分冲淡热。 用计算机处理数据，按以下步骤进行： 回到系统主界面按下“数据处理”菜单，并输入水的质量和各份试样质量。再按下“以当前数据处理”钮，则软件自动计算处每份试样的 、 和 为800、100、200、300、400时KNO3的积分溶解热、微分溶解热、微分冲淡热， 从 时KNO3的积分冲淡热。按显示器右上角的“下一页”按钮，出现计算机自动画的“ — ”图，再按“打印”按钮即可打印处理的数据和图表。 如果需要保存当前数据到文件，则按“保存数据到文件”，然后根据提示输入文件名，按“OK”保存数据。 如果需要调出以前的实验数据来处理，则按“读取数据文件”按钮，并根据提示输入文件名来读取数据。 思考题 1. 对本实验的装置你有何改进意见？ 2. 影响本实验结果的因素有哪些？ 知识拓展 1. 欲准确测定溶解热，要求仪器装置绝热良好，系统和环境间的热交换尽量稳定并降至最小。采用保温瓶并加盖，以减少辐射、传导、对流、蒸发等形式的热交换。实验过程中需均匀、稳定的搅拌，以促进溶质的溶解。 2. 实验开始时，系统的设定温度比环境高0.5oC，是为了系统在实验过程中能更接近绝热条件，减小热交换。 3. 本实验装置除测定溶解热外，还可以测定中和热、水化热、生成热及液态有机物的混合热等，但应根据需要，设计合适的反应池。如中和热的测定，可将溶解热装置的漏斗换为一个碱储存器，以便将碱液加入。碱储存器下端可做成毛细管，开始涂凡士林，混合时用洗耳球吹起压出。