溶解热的测定实验报告数据处理

溶解热的测定实验报告数据处理 溶解热的测定 实验报告 溶解热的测定 实验报告 姓名/学号:何一白/2012011908 班级:化22 同组实验者姓名:苏剑晓 实验日期:2014年12月4日 提交报告日期:2014年12月10日 带实验的老师姓名:王溢磊 1 引言(简明的实验目的/原理) 1.1 实验目的 1.测量硝酸钾在不同浓度水溶液的溶解热，求硝酸钾在水中溶解过程的各种热效应。 2.掌握量热装置的基本组合及电热补偿法测定热效应的基本原理。 3.复习和掌握常用的测温技术。 1.2 实验原理 物质溶于溶剂中，一般伴随有热效应的发生。盐类的溶解通常包含着几个同时进行的过程:晶格的破坏、离子或分子的溶剂化、分子电离(对电解质而言)等。热效应的大小和符号决定于溶剂及溶质的性质和它们的相对量。 在热化学中，关于溶解过程的热效应，需要了解以下几个基本概念。 溶解热 在恒温恒压下，溶质B溶于溶剂A(或溶于某浓度溶液)中产生的热效应，用?solH表示。 摩尔积分溶解热 在恒温恒压下，1mol溶质溶解于一定量的溶剂中形成一定浓度的溶液，整个 过程产生的热效应。用?solHm表示。 ?solHm? ?solH (1) nB 式中, nB为溶解于溶剂A中的溶质B的物质的量。 摩尔微分溶解热 在恒温恒压下，1mol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 ( ??solH??H )T,P,nA表示，简写为(sol)nA。 ?nB?nB 稀释热 在恒温恒压下，一定量的溶剂A加到某浓度的溶液中使之稀释，所产生的热效应。 摩尔积分稀释热 在恒温恒压下，在含有1mol溶质的溶液中加入一定量的溶剂，使之稀释成另一浓 度的溶液，这个过程产生的热效应，以?dilHm表示。 ?dilHm??solHm2??solHm1 (2) 式中，?solHm2、?solHm1为两种浓度的摩尔积分溶解热。 摩尔微分稀释热 在恒温恒压下，1mol溶剂加入到某一浓度无限量的溶液中所发生的热效应，以 ( ??solH??H )T,P,nB表示，简写为(sol)nB。 ?nA?nA 在恒温恒压下，对于指定的溶剂A和溶质B，溶解热的大小取决于A和B的物质的量，即 ?solH?(nA,nB)(3) 由(3)式可推导得: ? ?solH?nA( ??solH??H )T,P,nB?nB(sol)T,P,nA (4) ?nA?nB 或 ?solHm? 令n0?nA/nB，(5)改写为: ??HnA??solH (5) ()T,P,nB?(sol)T,P,nA nB?nA?nB ?solHm?n0( ??solH??H )T,P,nB?(sol)T,P,nA(6) ?nA?nB (6)式中的?solHm可由实验测定，n0由实验中所用的溶质和溶剂的物质的量计算得到。 作出?solHm,n0曲线，见图2-3-1。曲线某点(n01)的切线的斜率为该浓度下的摩尔微分稀释热(即 ADCD )， 切线与纵坐标的截距，为该浓度下的摩尔微分溶解热(即OC)。 显然，图中n02点的摩尔溶解热与n01点的摩尔溶解热之差为该过程的摩尔积分稀释热(即BE)。 图 1 ΔsolHm-n0图 由图2-3-1可见，欲求溶解过程的各种热效应，应当测定各种浓度下的摩尔积分溶解热。本实验采用累加的方法，先在纯溶剂中加入溶质，测出溶解热，然后在这溶液中再加入溶质，测出热效应，根据先后加入溶质总量可求出n0，而各次热效应总和即为该浓度下的溶解热。 本实验是采用绝热式测温量热计，它是一个包括杜瓦瓶、搅拌器、电加热器和测温部件等组成的量热系统。装置及电路图如图2-3-2所示。因本实验测定KNO3在水中的溶解热是一个吸热过程，热量的标定可用电热补偿法，即先测定体系的起始温度，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。再由下式可求算出溶解热 ?solH?Q T2?T12 ，Q?IRT (7) T2??T1? 式中，T1、T2为加入溶质始末的体系的温度;Q为使体系从T2?升至T1?时的电热(J); T2?、T1?为电加热始末的体系温度，I为电流强度(A);R为加热器电阻(?);T为通电加热时间(S)。 本实验采用热敏电阻测温系统(详见附录温度的测量与控制)，(T2?T1)为溶解过程校正后的峰高，(T2??T1?)为加热过程校正后的峰高。 2 实验操作 2.1 实验药品、仪器型号及测试装置示意图 仪器:DH1715A-3型直流双路跟踪稳压稳流电源，78-2型双向磁力加热搅拌器，清华牌数显惠斯 通电桥，无纸记录仪，DM1-002型秒表，UNI-T UTS8E型万用表，保温瓶(750ml)，容量瓶(500ml)，烧杯(1000ml)，温度计，研钵1只，称量瓶，分析天平(公用)。 药品:KNO3(AR) 图 2 热敏电阻测溶解热装置图 2.2 实验条件 实验室温 14.9?，气压:102.16kPa。 2.3 实验操作步骤及方法要点 1、欲使溶解热能准确测量，要求仪器装置绝热良好，体系和环境间的热交换尽量稳定并降至最小。仪器装置如图2所示，采用保温瓶并加盖，以减少辐射、传导、对流、蒸发等热交换途径。 2、测量室温，取不少于500ml的去离子水，根据室温调节水的温度，使之尽量接近室温，量取500ml注入保温瓶内。这样体系温度与室温(环境)接近，减少体系与环境的热交换。使用无纸记录仪记录电势大小。 3、在天平上准确称量约5g左右(已研细并烘干)的KNO3待用。 4、开动搅拌器，调节测温电桥平衡调节旋钮，使记录仪的记录笔处于记录纸的中间位置，待温度基本稳定后，记录约4min。直流稳压稳流电源调至稳流，打开电源开始加热，同时将电流值调至950mA左右(此后不要再调节电流)，温度升高，记录笔升至16mV左右，关闭电源停止加热。待记录仪记录约8min左右，加入称量好的KNO3。此时由于KNO3 溶解吸热，温度降低，记录笔 降低，待温度稳定后再记录约8min左右。 5、严格的操作应将样品装在蜡封样品管中，放在保温瓶中恒温，加样时用玻璃棒戳破管底，样品溶入溶液。本实验采用称量瓶装样品，直接倒入。由减量法求出样品质量。 6、打开加热电源加热，同时打开秒表计时，待记录笔升至18mV左右(加热使温度升高的幅度，以下次加入KNO3的量决定)，关闭电源停止加热，同时停止计时，记下加热时间。再记录约8min左右。整个过程如图3所示。 7、按上述步骤依次加入约6、7、8、8、7和6g的KNO3。 8、测量实验所用加热器的阻值R。 图 3 记录仪记录的加热-溶解过程温度变化曲线 3 结果与讨论 3.1 原始实验数据 表1 溶解过程原始数据 实验序号 1 2 3 4 5 6 7 KNO3加入质量 /g 5.9488 6.8291 7.2818 8.3191 8.3327 7.2292 5.9585 加热时间/min 2’07’’13 2’50’’94 2’51’’38 3’05’’07 2’ 50’’18 2’11’’03 1’47’’75 加热电流/mA 945 945 945 945 945 945 945 3.1.1溶解过程原始数据 作出电势随时间变化的曲线如下图4: 5040 3020 10 E (mV) 0-10-20-30-40 2000 4000 6000 8000 10000 t (s) 图4 电势-时间曲线 3.1.2 加热器阻值 万用表测量得到R=15.32Ω 3.1.3 文献值查阅 水的摩尔质量为18.015 g/mol， 14.9 ?时水的密度为999.126 kg/m3。硝酸钾的摩尔质量为101.10 g/mol。 3.2计算的数据、结果 3.2.1 计算T1,T2,T1’,T2’ 采用雷诺图解法，计算出T1,T2,T1’,T2’的值如下: 表2 各次溶解、加热过程T’’值 以第一组为例，说明T1,T2,T1,T2等的计算方法: 如下图5，首先对图中开始阶段、加入硝酸钾之后的阶段、电加热之后阶段用Origin分别进行直线拟合(图中红色线段所示)得到直线拟合公式中a和b的值如图，然后根据数据点分别找出反应阶段和升温阶段的基点所对应的时间数据，对于第一组为2525s时和4441s，过中点作两条直线的垂线，四个交点计算出来即为T1,T2,T1’,T2’。也就是说分别把基点对应的2525s和4441s代入到两个直线方程中，得到的y值即T1,T2,T1’,T2’。其他组亦同，最终得到表2结果。 篇二:华师物化实验报告 溶解热的测定 华 南 师 范 大 学 实 验 报 告 学生姓名学 号 专 业年级、班级 课程名称实验项目 溶解热的测定 实验类型 ?验证 ? 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 ?综合 实验时间年月 日 实验指导老师 实验评分 一、实验目的 1、 设计简单量热计测定某物质在水中的积分溶解焓。 2、复 习和掌握常用的量热技术与测温方法。 3、由作图法求出该物质在水中的摩尔稀释焓、微分溶解焓、微分稀释焓。 二、实验原理溶解热，即为一定量的物质溶于一定量的溶剂中所产生的热效应。溶解热除了与溶剂量及溶质量有关外，还与体系所处的温度及压力有关。 溶解热分为积分溶解热和微分溶解热。积分溶解热即在等温等压条件下，1mol溶质溶解在一定量的溶剂中形成某指定浓度的溶液时的焓变。也即为此溶解过程的热效应。它是溶液组成的函数，若形成溶液的浓度趋近于零，积分溶解热也趋近于一定值，称为无限稀释积分溶解热。积分溶解热是溶解时所产生的热量的总和，可由实验直接测定。 微分溶解热 即在等温等压下，在大量给定浓度的溶液里加入一摩尔溶质时所产生的热效应，它可表示为(ЭΔsolH/ЭnB)T、P、nA ，因溶液的量很大，所以尽管加入一摩尔溶质，浓度仍可视为不变。微分热难以直接测量，但可通过实验，用间接的方法求得。 溶解热的测量可通过绝热测温式量热计进行，它是在绝热恒压不作非体积功的条件下，通过测定量热系统的温度变化，而推算出该系统在等温等压下的热效应。 本实验采用 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 物质法进行量热计能当量的标定。利用1molKCl溶于200mol水中的积分溶解热数据进行量热计的标定。当上述溶解过程在恒压绝热式量热计中进行时，可设计以下途径完成: 上述途径中:?H = ?H1+?H2 = 0 ??H2 = -?H1 ?H1 = [n1Cp,m (KCL，S)+ n2Cp,m(H2O，l)+ K ]×(T2- T1) ?H2 = n1ΔsolHm K = -[n1Cp,m(KCL，S)+ n2Cp,m(H2O，l)+(n1ΔsolHm )/(T2- T1)] = -[m1Cp(KCL，S)+ m2Cp(H2O，l)+(m1ΔsolHm )/(M1 ?T) ] 式中m1 、m2 分别为溶解过程加入的KCl(S)和H2O(l)的质量;Cp,m为物质的恒压比热容，既单位质量的物质的等压热容，Cp(KCl，S)=0.699 kJ/(kg?K),Cp(H2O，l)= 4.184 kJ/(kg?K);M1为KCl的摩尔质量，?T =(T2- T1) 即为溶解前后系统温度的差值;ΔsolHm 为1molKCl溶解于200 molH2O的积分溶解热,其不同温度下的积分溶解热数值见附录。通过公式式可计算量热计的K值。 本实验测定1mol的KNO3溶于200mol的H2O的溶解过程的积分溶解热，途径如下 ΔsolH = -[n1Cp,m (KNO3，S)+ n2Cp,m(H2O，l)+ K ]×(T2- T1) = -[ m1Cp(KNO3，S)+ m2Cp(H2O，l)+ K ]×(T2- T1)摩尔溶解热 ΔsolH m = ΔsolH/n1 同理m1，m2 :分别为溶解过程加入的KNO3(S)和 H2O(l)的质量;Cp物质的恒压比热容，既单位质量的物质的等压热容,Cp(KNO3，S)=0.9522KJ.Kg-1.K-1,?T =(T2- T1 ):溶解前后系统温度的差值 (需经过雷诺校正) ;n1:所加入的KNO3摩尔数 通过公式，既可求得1mol的KNO3溶于200mol的H2O的溶解过程的积分溶解热。 三、仪器与试剂 1、仪器: 广口保温瓶(1个) 磁力搅拌器(1台) 贝克曼温度计(1台) 1/10?温度计(1支) 容量瓶(200ml)(1个)停表(1个) 2、试剂 氯化钾(分析纯)硝酸钾(分析纯) 四、实验步骤 1.量热计的标定 (1)在称量瓶中准确称取4.1413克的KCl, 并记下装有KCL的称量瓶的总重量。 (2) 用容量瓶准确量取200mL室温下的 蒸馏水(密度为ρ=1Kg.dm-3),倒入广口保温杯中。 (3) 按图3-1所示,组装好简单绝热测温式量热计,并调节好贝克曼温度计。(4) 开动磁力搅拌器,保持一定的搅拌速率,观察贝克曼温度计读数的变化,待温度变化率基本稳定后(既单位时间温度的变化值基本相同)后,每隔一分钟记录一次温度,连续记录六次,作为溶解的前期温度。 (5)打开量热计盖子，将称好的KCl迅速倒入量热计并盖好盖子，保持与溶解前相同的搅拌 速率，继续每分钟记录一次温度，直到温度不再变化时，再连续记录六个温度变化率稳定的点，此六个点作为溶解的后期温度。 (6)读取1/10?温度计的读数，根据此温度从附表中查出相应的KCL的积分溶解热。 (7)称量已倒出KCl的空称量瓶质量，准确计算已溶解的KCL的质量。 2、 KNO3 积分溶解热的测定 (1)在称量瓶中准确称取5.6161克的KNO3 ,并记下装KNO3 的称量瓶的总重量。 (2) 用容量瓶准确量取200mL室温下的蒸馏水(密度ρ=1Kg.dm-3),倒如广口保温杯中，以下操作按上述中的(4)、(5)、(7)。 五、数据记录 室温: 22.20?C 大气压: 102.055Kpa 氯化钾(第二次) m=3.7992g t=221.90? 氯化钾(第三次) m=4.1791g t=22.80? 硝酸钾(第一次) m=5.6662g t=22.20? 六、数据处理与计算 1、雷诺校正: 2、 氯化钾(1) m=4.1610g t=22.5? 校正后 ?T=1.1655? 氯化钾(2) m=3.7992g t=221.90? 校正后 ?T=1.1712? 氯化钾(3) m=4.1791g t=22.80? 校正后 ?T=1.2079? 硝酸钾(3) m=5.6421g t=22.10? 校正后 ?T=2.2835? 硝酸钾(1) m=5.6662g t=22.20? 校正后 ?T=2.3020? 硝酸钾(2) m=5.6035g t=22.80? 校正后 ?T=2.2166? 篇三:溶解热的测定实验报告 溶解热的测定 姓名:学号:班级:(同组实验者:) 实验日期:提交报告日期: 带实验助教: 1 引言 1.1 实验目的 1.测量硝酸钾在不同浓度水溶液中的溶解热，并求其在水中溶解过程中的各种热效应。 2.掌握量热装置的基本组合及电热补偿法测定热效应的基本原理。 3.复习和掌握常用的测温技术。 1.2 实验原理[1] 1.几个基本概念 (1)溶解热:恒温恒压下，溶质B溶于溶剂A(或溶于某浓度溶液)中产生的热效应，用?sol??表示。 (2)摩尔积分溶解热:恒温恒压下，1mol溶质溶解于一定量的溶剂中形成一定浓度的溶液，整个过程产生的热效应。用?sol??m表示。 ?sol?? ?sol??m= B式中,??B为溶解于溶剂A中的溶质B的物质的量。 (3)摩尔微分溶解热:恒温恒压下，1mol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 ??sol?????B ??,??,??A 表示，简写为 ??sol?????B 。 ??A (4)稀释热:恒温恒压下，一定量的溶剂A加到某浓度的溶液使 之稀释所产生的热效应。 (5)摩尔积分稀释热:恒温恒压下，在含有1mol溶质的溶液中加入一定量的溶剂，使之稀释成另一浓度的溶液的过程中产生的热效应，以?dil??m表示。 ?dil??m=?sol??m2??sol??m1 式中，?sol??m2、?sol??m1为两种浓度下的摩尔积分溶解热。 (6)摩尔微分稀释热:恒温恒压下，1mol溶剂加入到某一浓度无限量的溶液中所发生的热效应，以 ??sol?????A ??,??,??B 表示，简写为 ??sol?????A 。 ??B 2.恒温恒 压下，对指定的溶剂A和溶质B，溶解热大小取决于A和B的物质的量，即 ?sol??= ??A,??B 从而 ?sol??=??A ?sol??m= 令??0=??A/??B，则上式可写为 ??sol?????sol?? +??B A??,??,??B??,??,?? B ?? B ?? ??A??sol?????sol?? + BA??,??,??B??,??,?? ??sol?????sol?? ?sol??m=??0 + A??,??,??B??,??,?? B ?? 上式中?sol??m可由实验测得，??0由实验中所用溶质和溶剂的物质的量计算得到。据此可作出 ?sol??m,??0曲线，如图1。曲线某点的切线的斜率为该浓度下的摩尔微分稀释热，切线与纵坐标的截距，为该浓度下的摩尔微分溶解热(即OC)。显然，图中A点的摩尔溶解热与B点 的摩尔溶解热之差为该过程的摩尔积分稀释热(即BE)。 欲求溶解过程的各种热效应，应测定各种浓度下的摩尔积分溶解热。实验中采用累加的方法，先在纯溶剂中加入溶质，测出溶解热，然后在这溶液中再加入溶质，测出热效应，根据先后加入溶质总量可求出??0，各次热效应总和即为该浓度下的溶解热。 3.实验采用绝热式测温量热计，装置图如图2。KNO3在水中的溶解热是一个吸热过程，热量的标定采用电热补偿法，先测定体 系的起始温度，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，如下式求算出溶解热: ??2???1 ?sol??=??21??=??2???? ′′′′ 式中:??1、??2为加入溶质始末的体系的温度;Q为使体系从??2升至??1时的电热(J);??2、??1为电加热始末的体系温度，I为电流强度(A);R为加热器电阻(Ω);t为通电加热时间(s)。采用 ′′ 热敏电阻测温系统，(??2???1)为溶解过程校正后的峰高，(??2???1)为加热过程校正后的峰高。 2 实验操作 2.1实验药品、仪器型号及测试装置示意图 保温瓶(750mL)1个，78-2型双向磁力搅拌器1台(江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司)，热敏电阻测温装置1套，数显惠斯通电桥(清华大学化学系)，台式自动平衡记录仪，加热器，直流稳压稳流电源(DYY-7型转移电泳仪)，秒表，容量瓶(500mL)，烧杯(1000mL)，温度计，研钵1只，称量瓶，分析天平(公用)，Hewlett Packard 34401A高精度万用表(公用)。 KNO3(AR)。 2.2 实验条件 室温:17.5?，大气压:102.01 kPa。 2.3 实验操作步骤及方法要点 (1)测量室温，取不少于500 mL的去离子水，根据室温调节水的温度，使之尽量接近室温，量取500 mL注入保温瓶内。这样体系温度与室温(环境)接近，减少体系与环境的热交换。按图2将装置安装好，记录仪量程20mV，走纸速度4mm/min。 (2)在分析天平上准确称量约5g左右(已研细并烘干)的KNO3待用。 (3)开动搅拌器，调节测温电桥平衡调节旋钮，使记录仪的记录笔处于记录纸的中间位置，待温度基本稳定后，记录约4 min(约记录纸的1格半)。电源调至稳流，打开电源开始加热，同时将电流值调至950 mA左右(此后不要再调节电流)，温度升高，记录笔升至约80格左右(记录纸上的刻度)，关闭电源停止加热。待记录仪记录约8 min左右，加入称量好的KNO3。此时由于KNO3溶解吸热，温度降低，记录笔降低，待温度稳定后再记录约8 min左右。严格的操作应将样品装在蜡封样品管中，放在保温瓶中恒温，加样时用玻璃棒戳破管底，样品溶入溶液。本实验采用称量瓶装样品，直接倒入,由减量法求出样品质量。 (4)打开加热电源加热，同时打开秒表计时，待记录笔升至80格左右(加热使温度升高的 格数，以下次加入KNO3的量决定)，关闭电源停止加热，同时停止计时，记下加热时间。再记录约8min左右。整个过程如图3 所示。 (5)按上述步骤依次加入约6、7、7、7.1、7.3和6g的KNO3。 (6)用万用表测量实验所用加热器的阻值R。 (7)整理实验仪器。 3 结果与讨论 3.1 原始实验数据 所得数据如下表1列出(略去雷诺图解法步骤;由于记录仪量程 存在问题，在加入7 g硝酸钾时，图线就很接近图纸的边缘，后来 的几组实际加入硝酸钾的量少于书中所给)。 表1 实验原始数据 实验序号 1 2 3 4 5 6 7 KNO3加入前质量/g 4.9991 6.0006 6.9968 7.1144 7.3151 7.0150 6.0043 KNO3加入后质量/g 0.0007 -0.0053 -0.0008 0.0086 0.0014 -0.0007 0.0000 加热时间/min 1′43″63 2′12″56 2′17″90 2′14″25 2′ 13″72 1′48″31 1′13″28 加热电流/mA 952 952 952 952 952 952 952 ??1???2格 数 69.9 80.9 92.1 90.5 90.0 83.9 70.5 ′′??1???2格 数 67.5 87.0 90.1 87,8 86.8 70.8 47.9 测得加热器电阻值??=15.186 Ω，溶剂(去离子水)500 mL。 计 算公式如下: 每步的电能产热 ??=??2???? 溶解过程的热效应 ??2???1 ??溶=?? 21??0= 则 ?sol??= 其中??B、??B为各次的累加。 ??溶B ??A??A??A??B =BAB 3.2 计算的数据结果 水的摩尔质量为18.015 g/mol，查阅数据得17.5?时水的密度为998.704 kg/m3，则水的 物质的量??H2O=27.79 mol。硝酸钾的摩尔质量为101.103 g/mol。利用??=??2????求出每次加热的Q及加入的硝酸钾的量，各项累加后求出??0和累计的效应，进而求出?sol??m，列出表2。 序号 1 2 3 4 5 6 7 1426.27 1824.44 1897.94 1847.70 1840.41 1490.68 1008.56 累计热效应/J 1476.98 3173.50 5113.57 7018.09 8926.35 10692.85 12177.26 累计KNO3物质的量/mol 0.04944 0.10884 0.17806 0.24834 0.32068 0.39007 0.44946 0562.01 255.33 156.07 111.90 86.660 71.244 61.830 solm29.874 29.157 28.718 28.260 27.836 27.413 27.093 根据上表中的??0和?sol??m数据，利用origin软件可作出散点图并拟合出曲线，可以看出数据的拟合效果很好，如图4。曲线的方程为 ??=A1?? ? ??1 +A2?? ? ??2 +??0 A1=?2.77143，A2=?6.16766，??0=31.05288，??1=657.51935，??2=42.42573。 求出??0为80、100、200、300、400处摩尔积分溶解热、微分溶解热、微分稀释热，以及??0为80?100、l00?200、200?300、300?400过程的摩尔稀释热，分别列出表3、表4。 表3 摩尔积分溶解热、微分溶解热、微分稀释热 ??0 80 100 200 300 400 摩尔积分溶解热?sol??m/(kJ?mol-1) 27.663 28.088 28.953 29.292 29.544 摩尔微分溶解热 sol???B / ??A 摩尔微分稀释热 (kJ?mol-1) 25.600 26.349 28.070 28.454 28.622 ??sol?????A / (kJ?mol-1) ??2.5790×10-2 1.7387×10-2 4.4132×10-3 2.7943×10-3 2.3057×10-3