溶解热实验步骤-修改1

【目的要求】

1. 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。 2. 用电热补偿法测定KNO3在不同浓度水溶液中的积分溶解热。

3. 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。 【实验原理】

1. 在热化学中，关于溶解过程的热效应,有下列几个基本概念。 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QS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QQ效应，以表示，简写为nn2T,p,n12。

n1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Qd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QQ效应，以表示，简写为nn2T,p,n22。

n22. 积分溶解热(Qs)可由实验直接测定，其它三种热效应则通过Qs—n0曲线求得。

设纯溶剂和纯溶质的摩尔焓分别为Hm(1)和Hm(2)，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H1，m和H2，m，对于由n1摩尔溶剂和n2摩尔溶质组成的体系，在溶解前体系总焓为H。

H＝n1Hm(1)＋n2 Hm(2) (1)

设溶液的焓为H′，

H′＝n1H1，m＋n2H2，m (2)

因此溶解过程热效应Q为

Q＝ΔmixH ＝H′－H＝n1 [H1，m －Hm(1)]＋n2[H2，m－Hm(2)]＝n1Δmix Hm(1)＋n2Δmix Hm(2) 式中，ΔmixHm (1)为微分冲淡热，ΔmixHm (2)为微分溶解热。根据上述定义，积分溶解热QS为

QS＝Q＝mixH＝Δmix Hm(2)＋1Δmix Hm(1)＝Δmix Hm(2)＋n0Δmix Hm(1) (4)

n2n2n2在恒压条件下，Q=ΔmixH，对Q进行全微分

 dQQdn1Qdn2 (5)

nn1n22n1n上式在比值

n1恒定下积分，得 n2QQQnn1nn21n22n1全式以n2除之

QQn1Qnn2n1n22n2 (6)

 (7) n1因 QQs n1n0

n2n2Q＝n2QS n1＝n2 n0 (8)

n2QsQsQ则 n1n2n2n0n2n0将(8)、(9)代入(7)得:

QsQQsn0n2n1n0 n2(9)

 (10) n2对比(3)与(6)或(4)与(10)式，

Q 或 Δ H(1)＝Qs Δmix Hm(1)＝mixmnn1n20n2Δmix Hm(2) ＝Q n2n1以Qs对n0作图，可得图2-2-1的曲线。在图2-2-1中，AF与BG分别为将一摩尔溶质溶于n01和n02摩尔溶剂时的积分溶解热Qs，BE表示在含有一摩尔溶质的溶液中加入溶剂，使溶剂量由n01摩尔增加到n02摩尔过程的积分冲淡热Qd。

Qd＝(Qs)n02 － (Qs)n01＝BG－ EG (11) 图2-2-1中曲线A点的切线斜率等于该浓度溶液的微分冲淡热。

图2-2-1 QS—n0关系图

Δmix Hm(1) ＝Qsn0切线在纵轴上的截距等于该浓度的微分溶解热。

Δmix Hm(2) ＝AD

n2CDQsQn2QsQns0n2n1n2n1n0Q＝OC n2n1 n2即 Δmix Hm(2) ＝由图2-2-1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。

【实验装置】

溶解热实验装置：WLS数字恒流电源、SWC-IID精密数字温度温差仪、SWC-RJ溶解热实验装置(包括杜瓦瓶、搅拌磁子、热电耦、漏斗)、计算机1台，台称1台、分析天平1台、干燥器、量筒、称量瓶、研钵。

图2-2-2 实验装置图

KNO3(AR)(研细，在110℃烘干，保存于干燥器中)。 【实验步骤】

1. 将8个称量瓶编号，在分析天平上称量，依次加入干燥好并在研钵中研细的KNO3，其重量分别为2.5g、1.5g、2.5g、3.0g、3.5g、4.0g、4.0g和4.5g，（再用分析天平称出称量瓶与样品的总质量，称量后将称量瓶放入干燥器待用。

2. 在台称上用杜瓦瓶直接称取216g蒸馏水，按图2-2-2装好装置，连好线路(杜瓦瓶用前需干燥)。

3. 经教师检查无误后接通电源，调节WLS数字恒流电源，使加热器功率约为2.5W(一般情况下调节V=4.2~4.5)，保持电流稳定，开动搅拌器进行搅拌，当水温慢慢上升到比室温水高出0.5℃时，将杜瓦瓶的加料口打开，迅速加入1样品，然后用塞子堵住加样口；同时按SWC-IID精密数字温度温差仪上的“采零“和“锁定”键，同时点击软件上的“开始计时”。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，待上升至起始温度时，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。

4. 测定完毕后，切断电源，打开杜瓦瓶，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。

5. 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。 【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，直到最后方可停表。

3. 固体KNO3易吸水，故称量和加样动作应迅速。为确保KNO3迅速、完全溶解，在实验前务必研磨成粉状，并在110℃烘干。

4. 整个测量过程要尽可能保持绝热，减少热损失。因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严。

【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n0表示

n0nH2OnKNO3200.0W累1122 18.02101.1W累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。

【思考题】

1．比较强酸(HCl)与强碱(NaOH)中和反应的实验和溶解热测定实验有何不同？ 2. 影响本实验结果的因素有哪些？

实验的详细步骤：

1. 打开恒流电源开关预热15min。

2. 用称量瓶分别精确称取2.5g、1.5g、2.5g、3.0g、3.5g、4.0g、4.0g和4.5g的KNO3。

质量(g) 称量瓶与样品容量瓶 的总质量(m1) 编号 1 2 3 4 5 6 7 8 称量瓶与残留样品的质量(m2) 实验实际用的样品质量(m) 该表记录说明：以编号为1的称量瓶说明。该称量瓶要求称量2.5g的KNO3，由于KNO3极易吸潮部分粘在瓶壁上不能参与反应，为了得到实验实际使用的KNO3的量，我们先用称量纸在分析天平上称2.5g的KNO3，将称好的样品倒入编号为1的称量瓶中，再称称量瓶与样品的总质量(m1)进行实验，实验后，再次称出称量瓶与残留样品的质量(m2)，然后计算出实验用的样品质量(m)：m=m2-m1。实验用的样品质量(m)，在实验中要填到软件中。

3. 在我的电脑d盘，溶解热，中各班文件夹建立以自己名字命名的文件夹。 4. 量取250 ml的蒸馏水于杜瓦瓶中，放入搅拌磁子，插入热电耦(注意，热电耦不要碰到下壁，稍微超过加热棒一点)。

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（通过粗调和细调将数字恒流电源上的电压*电流=2.5W，要在实验本上记录，后续步骤中将会反复用到），保持电流稳定，开动搅拌器进行搅拌，待精密数字温度温差仪上的温度读数稳定后，记录该温度。将数字恒流电源上的两个夹子夹到杜瓦瓶的电极上，此时精密数字温度温差仪上的温度读数开始上升，当水温慢慢上升到比室温水高出0.5℃时，读取并记录该温度。

注意：可以在等待加热的过程中，打开溶解热软件，出现下面的界

面，填写下面红框和绿框中数据，在第一组下面输入称量的一份品的质量(见下面红色方框)，并在绿色方框内输入样品分子量，水的质量，电压和电流值(电压电流值从数字恒流电源上读)。

6. 当水温慢慢上升到比室温水高出0.5℃时读取准确温度，停止加热(将红黑夹子中的一个断开即可)。

7. 向杜瓦瓶中加第一份样品的同时，按“精密数字温差仪”上的“采零”键和“锁定”键，点击“溶解热”软件上的“操作”→“开始计时” ，界面见下图：

待温度稳定(即图上出现一个水平线段，见下图红框)一段时间后，

再加热(将断开的夹子夹上)至起始记录温度， 即实验曲线超过黄色的线(否则实验失败)。

点击“溶解热”软件上的“操作”→“停止计时” ，界面见下图：

点击“溶解热”软件上的“操作”→“计算”→“Q，n值” ，界面见下图：

计算后的界面如下：

注意：有时时间的记录会出现第一组和第二组内(见上图红色方框)，不用管。 点击“溶解热”软件上的“文件”→“保存”，将该文件命名为1.WJR保存到以自己名字命名的文件夹中。

8. 点击“溶解热”软件上的“操作”→“清屏”，操作界面如下：

操作后，出现如下界面：

9. 向杜瓦瓶加入第二份样品，同时点击“溶解热”软件上的“操作”→“开始计时”。

在溶解热软件中，输入样品的分子量，水的质量，电流值及电压值，和第二份样品的质量，样品的质量仍输入到第一组样品质量的位置。

重复7，8步骤，点击“溶解热”软件上的“文件”→“保存”，将该文件命名为2.WJR保存到以自己名字命名的文件夹中。

10. 之后继续重复7，8，9三个步骤，直到8组样品全部做完。 11. 点击“溶解热”软件上的“窗口”→“溶解热Q-N曲线图”，界面如下：

点击“溶解热”软件上的“操作”→“输入点坐标”，界面如下：

将“数据采集窗口”中各组数据对应的Q0和n0值依次填入上面粉色方框对应的X和Y中(X对应n0，Y以、对应Q0)。界面如下图：

点击“溶解热”软件上的“操作”→“绘Q-N曲线”，操作界面如下：

操作后的界面如下：

点击“溶解热”软件上的“设置”→“设置坐标”来调节上图坐标的范围，以使图形美观。

点击“溶解热”软件上的“操作”→“计算”→“反应热”，操作界面见下图：

操作后界面见下图，对于n0=80，100，200，300和400，在下图小方框内输入80

增至80等：n0从80→100，100→200，200→300，300→400，在下图小方框内输入80增至100等。

在下图小方框内输入80增至80：可以得到n0=80的积分溶解热等，见下图。

12. 将从图中求出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的积分冲淡热的数据填入下表：

n0 80 100 200 300 400 积分溶解热 15067.3 17747.5 27548.1 33763.0 38055.7 微分冲淡热 142.2 126.3 76.1 50.8 36.3 n0 80~100 100~200 200~300 300~400 9800.6 6214.9 4292.7 积分冲淡热 2680.2