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實驗五 溶解熱

實驗五 溶解熱. 49812053 鄂海萍 原理，儀器裝置 49812056 王念慈 目的，原理 49812072 陳坤隆 實驗步驟，數據處理. 目的. 測量 M + X - 之溶解熱 計算晶格能，由 Born-Haber Cycle 得水合能 區別 積分溶解熱 微分溶解熱. 原理. 1. 溶解熱 2. 晶格能 3. 水合能. 溶解熱. 溶質 溶解在大體積的溶劑時所 放 出或吸收 的 熱量

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實驗五 溶解熱

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Presentation Transcript

  1. 實驗五 溶解熱 49812053 鄂海萍 原理，儀器裝置 49812056 王念慈 目的，原理 49812072 陳坤隆 實驗步驟，數據處理

  2. 目的 • 測量M+X-之溶解熱 • 計算晶格能，由Born-Haber Cycle得水合能 • 區別積分溶解熱 微分溶解熱

  3. 原理 1.溶解熱 2.晶格能 3.水合能

  4. 溶解熱 • 溶質溶解在大體積的溶劑時所放出或吸收 的熱量 • 莫爾積分溶解熱ΔHint:等溫等壓下，1 mol 溶質A溶於足夠溶劑S中，形成濃度為m的溶液，所產生的溶解熱(熱焓變化量) m→0，ΔHint→ΔH∞ ΔH∞:無限稀釋下的溶解熱

  5. 微分溶解熱 • 當溶劑量非常多時(稀薄)，不應加入溶質而致溶液濃度有所變化(就是m值改變極微δm) • δQ /δN (δQ →熱焓量改變)稱為濃度的微分溶解熱 成分1為溶劑 ，成分2為溶質 因為H是狀態函數 為純成分 i 的莫耳熱焓量

  6. 固定N1，T，P，對N2微分 • H2為溶質在溶劑中的部分莫耳熱焓量(Partial molar enthalpy) =δQ/δN2ΔH=mΔHint 代入

  7. ΔQ ---------- ----------- m • ΔHint的斜率大致與 成正比(強電解質in稀溶液) • ∴對 微分 在定量溶劑(例如1000g水)中橫座標為溶質莫耳數，縱座標為熱量變化(ΔQ)， 曲線之終點即為飽和溶液。圖中曲線切點(dΔQ/dm) 為該濃度下溶解1莫耳溶質所產生之熱焓量變化。

  8. 可知ΔHint與m的關係，外插至m=0即可求出ΔH∞

  9. 晶格能 • 定義：氣態離子由無限遠至形成晶體所放 出的能量 • M+(g)+X-(g)→MX(s) • 離子半徑越大、電荷越小，晶格能越小。 • 晶格能通常不能直接測出，可通過Born-Haber Cycle計算出。

  10. 靜電位能：庫侖定律 r • 例如：NaCl 原式改寫 M+ X- Cl Na Madelung常數

  11. Madelung常數 • 查表得知，不同晶體的Madelung常數不同 • 與其晶體結構有關 • 每個晶體A值不同，都會收斂，皆為Madelung常數 • 例：NaCl =1.74

  12. 互斥位能：電子雲互相排斥 • Born 指數：1.與離子構型有關 2.不同晶體的Born指數不同 3.實驗推得

  13. Born-Lande equation • 推導： avogadro’s constant

  14. 代入B值：

  15. 水合能 • 定義：一個離子的外側會接合幾個水分子，而穩 定離子在離開晶體而損失的晶格能，這種 穩定離子的能量稱為水合能 • 大小決定因素：離子的電荷密度 Ex. 離子半徑愈小，電荷數愈多，水合能愈大

  16. Born-Haber Cycle • Hess 定律： ΔHlatt MX(s) M+(g)+X-(g) ΔHhyd ΔHslon M+(aq)+X-(aq)

  17. 儀器介紹 熱卡計

  18. 杜耳瓶 $30000

  19. 玻璃棒 槽蓋 溫度感測棒 樣品室

  20. 馬達輸送帶

  21. 4.實驗步驟: • 1.打開電源，暖機15分鐘。 • 2.精秤0.5g THAM放入樣品室，小心的將玻璃樣品室蓋上。 • 3.自上方蓋上槽蓋，將螺絲轉緊 *勿過緊造成玻璃破裂 從上方放入玻璃棒到底盤插座 *勿壓出底盤以免玻璃棒被擠出。

  22. 4.取0.1N HCl 100ml，放入杜瓦瓶，將其放入儀器中，蓋好槽蓋套上馬達帶。 5.從面板輸入 101ENTER1ENTER，啟動旋轉樣品室機械裝置，250ENTER1ENTER啟動自動校溫裝置，等待10分鐘。 6.從面板輸入 CLEAR0ENTER停止自動校溫系統 記錄溫度5分鐘10秒一次。

  23. 7.壓下玻璃棒打開樣品室，為了不使樣品槽旋轉受阻動作要迅速，THAM溶解於鹽酸中記錄溫度變化10分鐘每10秒1次。7.壓下玻璃棒打開樣品室，為了不使樣品槽旋轉受阻動作要迅速，THAM溶解於鹽酸中記錄溫度變化10分鐘每10秒1次。 8.記錄完後，輸入 101ENTER2ENTER停止旋轉樣品室機械裝置。 9.取出樣品室和杜瓦瓶清洗。 10.用KCl取代THAM，杜瓦瓶中用100ml蒸餾水，重複2~9，側四組不同的KCl，分別是0.08、0.16、0.24、0.32g。

  24. 5.數據處理: L Tf 自反應直線各作一延長線 延長線跟曲線的切 點做垂直線 在0.63R作一平行 延長線的直線M M R 作一與M垂直並 交Tf、Ti的直線ΔTc 0.63R ∴ ΔTc=Tf -Ti Ti

  25. 2.能量計算 1. Q:能量變化 ΔTc:溫度差 e:能量當量 Q=eΔTc • 每克THAM溶於100ml，0.1N HCl 25°C中，放出58.738卡的熱量，由測得ΔTc，得出e值，實驗時溫度不一定在25°C，Q值由以下式子修正: • Qe=m'[58.738+0.3433(25-T0.63R)] THAM重 修正項 得出系統e值 (Q/ΔTc)

  26. 參考資料 • http://www.cyut.edu.tw/~wjchien/pchemlab/lab2_sol.pdf • http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E6%BA%B6%E8%A7%A3%E7%86%B1

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