物化實驗報告：熔解熱的測定

實驗七：溶解熱的測定一、實驗?zāi)康?、掌握電熱補償法測定熱效應(yīng)的基本原理；2、通過用電熱補償法測定KNO3在水中的積分溶解熱，并用作圖法求KNO3在水中的微分沖淡熱、積分沖淡熱和微分溶解熱；3、掌握電熱補償法的儀器使用。二、實驗原理1、溶解熱在恒溫恒壓下，1摩爾溶質(zhì)溶于n0摩爾溶劑中產(chǎn)生的熱效應(yīng)，溶解熱可分為積分(或稱變濃)溶解熱和微分(或稱定濃)溶解熱。積分溶解熱在恒溫恒壓下，1摩爾溶質(zhì)溶于n0摩爾溶劑中產(chǎn)生的熱效應(yīng)，用Qs表示,(濃度改變)。微分溶解熱在恒溫恒壓下，1摩爾溶質(zhì)溶于某一確定濃度的無限量的溶液中產(chǎn)生的熱效應(yīng),以表示。沖淡熱把溶劑加到溶液中使之稀釋所產(chǎn)生的熱效應(yīng)。沖淡熱也可分為積分(或變濃)沖淡熱和微分(或定濃)沖淡熱兩種。積分稀釋熱在恒溫恒壓下，把原含1摩爾溶質(zhì)及n01摩爾溶劑的溶液沖淡到含溶劑為n02時的熱效應(yīng)，即為某兩濃度溶液的積分溶解熱之差，以Qd表示。微分稀釋熱在恒溫恒壓下，1摩爾溶劑加入某一確定濃度的無限量的溶液中產(chǎn)生的熱效應(yīng)，以表示。2.積分溶解熱(QS)可由實驗直接測定，其它三種熱效應(yīng)由QS—n0曲線求得。設(shè)純?nèi)軇?、純?nèi)苜|(zhì)的摩爾焓分別為和，溶液中溶劑和溶質(zhì)的偏摩爾焓分別為和，對于n1摩爾溶劑和n2摩爾溶質(zhì)所組成的體系而言，在溶劑和溶質(zhì)未混合前（4.1）當(dāng)混合成溶液后（4.2）因此溶解過程的熱效應(yīng)為（4.3）式中△H1為溶劑在指定濃度溶液中溶質(zhì)與純?nèi)苜|(zhì)摩爾焓的差。即為微分溶解熱。根據(jù)積分溶解熱的定義：（4.4）所以在Qs～n01圖上，不同Qs點的切線斜率為對應(yīng)于該濃度溶液的微分沖淡熱,即，該切線在縱坐標的截距OC,即為相應(yīng)于該濃度溶液的微分溶解熱.而在含有1摩爾溶質(zhì)的溶液中加入溶劑使溶劑量由n02摩爾增至n01摩爾過程的積分沖淡熱Qd=(Qs)n01一(Qs)n02=BG—EG。圖一Qs～n0圖圖2量熱器及其電路圖、本實驗是采用絕熱式測溫量熱計，它是一個包括量熱器、攪拌器、電加熱器和溫度計等的量熱系統(tǒng)，裝置及電路圖如圖2所示，因本實驗測定KNO3在水中的溶解熱是一個吸熱過程，可用電熱補償法，即先測定體系的起始溫度T，溶解過程中體系溫度隨吸熱反應(yīng)進行而降低，再用電加熱法使體系升溫至起始溫度，根據(jù)所消耗電能求出熱效應(yīng)Q。Q=Pt這種方法稱為電熱補償法。三、儀器與藥品定點式溫差報警儀1臺，數(shù)字式直流穩(wěn)流電源1臺，量熱計(包括杜瓦瓶，攪拌器，加熱器)1套，稱量瓶8只,毛筆1支，硝酸鉀(A．R．)。實驗步驟1、稱取硝酸鉀，(已進行研磨和烘干處理)，放入干燥器中。將8個稱量瓶編號。在臺稱上稱量，依次加入約2.5、1.5、2.5、3.0、3.5、4.0、4.0和4.5g的硝酸鉀，再至分析天平稱出準確數(shù)據(jù)，把稱量瓶依次放入干燥器中待用。2、在臺天平上稱取216.2g蒸餾水于杜瓦瓶內(nèi)，放入磁子，擰緊瓶蓋，并放到反應(yīng)架上。3、打開電源開關(guān)，確保磁子旋轉(zhuǎn)，儀器處于待機狀態(tài)。4、把熱敏電阻探頭置于杜瓦瓶中，按下“狀態(tài)轉(zhuǎn)換”，使實驗裝置處于測試狀態(tài)。調(diào)節(jié)加熱功率為2.30W保持不變，使體系的溫度高于環(huán)境0.5K左右。5、當(dāng)水溫升至比室溫高出0.5K時，從加料口加入第一份樣品。加入樣品后，溶液溫度很快下降，隨著加熱器加熱，溫度慢慢上升，待升至起始溫度為零時，記下此時顯示的時間。接著加入第二份樣品，如上所述繼續(xù)測定，直至八份樣品全部測定完畢。6、把熱功率調(diào)到最小，關(guān)閉電源開關(guān)，拆去實驗裝置，檢查硝酸鉀是否溶完，如未全溶，則必須重做；溶解完全，將溶液倒入回收瓶中五、實驗注意事項1、本實驗過程中要求I、V保持穩(wěn)定，如有不穩(wěn)需隨時校正。2、本實驗應(yīng)保證樣品完全溶解，否則需要重做實驗。實驗時需有合適的攪拌速度，加入樣品時速度要加以注意，防止樣品進入杜瓦瓶過速，至使磁子陷住不能正常攪拌.攪拌速度不適宜時，還會因水的傳熱性差而導(dǎo)致Q值偏低。甚至?xí)筈～n。圖變形。3、實驗過程中加熱時間與樣品的量是累計的，切不可在中途停止實驗。4、實驗結(jié)束后，杜瓦瓶中不應(yīng)存在硝酸鉀的固體，否則需重做實驗。5、放樣品速度也不宜過慢，因為如果過于慢，溫度達不到0°C以下，則補償法失敗，需要重新進行實驗。六、實驗數(shù)據(jù)記錄及處理：1、初始數(shù)據(jù)：室溫為17.7℃加熱功率為2.33W杜瓦瓶中水的質(zhì)量：，實驗數(shù)據(jù)：樣品序號12345678稱量瓶+樣品/g8.95147.821811.347311.708512.809213.068112.605713.4641實驗結(jié)束后稱量瓶/g6.39836.28488.8118.7149.61249.03098.60778.9136樣品重/g2.55311.5372.53632.99453.19684.03723.9984.5505按每次累積的濃度和累積的熱量，求各濃度下溶液的n0和QS樣品序號123456782.55314.09016.62649.620912.817716.854920.852925.4034n0475.11296.57183.06126.0894.6371.9758.1747.75t/s541818125516812119264431373654Pt/J1260.211905.142924.583916.664938.126161.027309.428513.39Qs/KJ/mol49.9047.0944.6241.157738.9536.9635.4433.88將以上數(shù)據(jù)列表并作QS—n0圖，等壓絕熱過程Qp=H，由軟件進行多項式擬合曲線，得到ΔsolH—n0的關(guān)系：Y=A+B1*X+B2*X^2+B3*X^3(A=27.35008，B1=0.16126 ，B2=-4.51116E-4 ，B3=4.45394E-7）將n0=80，100，200，300和400帶入曲線方程，得到的積分溶解熱將曲線Y求導(dǎo)得到Y(jié)'=B1+2B2*X+3B3*X^2，再將n0=80，100，200，300和400帶入Y'，得到該點的切線斜率即為微分稀釋熱；進而得到該點的切線方程，根據(jù)切線方程求得直線截距即為該店的微分溶解熱：積分溶解熱△solH/(kJ/mol)微分稀釋熱（△solH/n)T,p,n0/(kJ*mol-2)微分溶解熱（△solH/n0)T,p,n/(kJ*mol-2)8037.590.0976329.7810039.410.0844030.9720045.120.0342638.2730047.150.010843.9040048.180.0141642.52最后計算n0從80→100，100→200，200→300，300→400的積分稀釋熱：80100100200200300300400積分稀釋熱ΔsolH(n02)-△solH(n01)(kJ/mol)1.825.712.031.03實驗分析與思考：實驗誤差分析：（1）本實驗用電熱補償法測量溶解熱時，整個實驗過程要注意電熱功率的檢測準確，但實驗過程中電熱功率則在變化，很難得到一個準確值。如在實驗進行僅2100s左右時，觀察到加熱功率由2.31W變化到2.32W，570s左右變化到2.33W，之后沒怎么變。實驗數(shù)據(jù)處理時，采用全程2.33W來求算補償熱?？紤]到，若本實驗裝置使用計算機控制技術(shù)，采用傳感器收集數(shù)據(jù)，使整個實驗自動化完成，則可以提高實驗的準確度。（2）固體KNO3易吸水，故稱量和加樣動作應(yīng)迅速。固體KNO3在實驗前務(wù)必研磨成粉狀，并在110℃烘干，而實驗中并沒有將樣品進行烘干，故而帶來誤差。（3）本實驗的關(guān)鍵是確保樣品充分溶解，因此實驗前應(yīng)將樣品充分研磨，實驗時需有合適的攪拌速度，加入樣品時速度要加以注意，防止樣品進入杜瓦瓶過速，至使磁子陷住不能正常攪拌.攪拌速度不適宜時，還會因水的傳熱性差而導(dǎo)致Q值偏低。（4）加藥品時，加料口上沾有一定量的藥品，使實際加入的藥品少于稱量的藥品。導(dǎo)致Q偏低。（5）實驗開始時為了體系在實驗過程中能更接近絕熱條件，減小熱損耗，體系的設(shè)定溫度應(yīng)該比環(huán)境溫度高0.5℃。但是實驗中實驗室的溫度越為17.7℃，且在不斷變化，而體系設(shè)定溫度為19.21℃，導(dǎo)致實驗液體溫度太高，與外界發(fā)生熱