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实验 3 溶解热的测定

实验 3 溶解热的测定. 物理化学研究室 何广平. 实验目的. 设计简单量热计测定某物质在水中的积分溶解焓。 复习和掌握常用的量热技术与测温方法。 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。. 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。. 什么是溶解热？.

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实验 3 溶解热的测定

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Presentation Transcript

  1. 实验3 溶解热的测定 物理化学研究室 何广平

  2. 实验目的 • 设计简单量热计测定某物质在水中的积分溶解焓。 • 复习和掌握常用的量热技术与测温方法。 • 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。

  3. 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。 什么是溶解热？ 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。

  4. 溶解热的测定方法？ 思考： 通过燃烧热测定的实验过程设计与仪器装置，说一说一套量热装置需要什么基本仪器？实验获得的原始数据是那些？如何进行数据处理？

  5. 溶解热的测定方法？ 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。 思考： 溶解热测定装置与氧弹量热装置有什么共同点和异同点？

  6. 溶解热的实验测定原理？ • 量热装置能当量的标定 • 物质积分溶解焓的测定 请思考： （1）什么是能当量？其量刚是什么？ （2）为什么要进行能当量的 标定? （2）燃烧热实验中能当量测定中所包含的吸热物质有那些？

  7. 如何进行量热装置能当量的标定? • 本实验采用标准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

  8. 请思考：下列途径中△H1、△H2表示的焓变过程有什么不同？请思考：下列途径中△H1、△H2表示的焓变过程有什么不同？ n1KCl（aq） 量热计，T2 n1KCl（S）+ n2 H2O（l） 量热计，T1 等压、绝热， Qp= △H = 0 △H1 • 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） ] △H2 n1KCl（S）+ n2 H2O（l） 量热计，T2

  9. 公式中 m1 、m2 分别为溶解过程加入的KCl（S）和H2O（l）的质量 CP 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）=0.699KJ.Kg-1.K-1, CP（H2O，l）= 4.184 KJ.Kg-1.K-1, 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。 请思考：此量热计的能当量包括那些可吸热物质？

  10. 物质积分溶解焓的测定 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 等压、绝热， Qp= △H = 0 n1KCl（aq） 量热计，T2 n1KCl（S）+ n2 H2O（l） 量热计，T1 △H2 △H1 n1KCl（S）+ n2 H2O（l） 量热计，T2 ΔsolH = -[n1CP，m （KNO3，S）+ n2CP，m（H2O，l）+ K ]×（ T2- T1） = -[ m1‘CP（KNO3，S）+ m2’CP（H2O，l）+ K ]×（ T2- T1） 摩尔溶解热 ΔsolH m = ΔsolH/n1

  11. 公式中 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。

  12. 仪器与试剂 1.仪器 广口保温瓶 一个 磁力搅拌器 一台贝克曼温度计或数字温差测量仪 一台1/10℃温度计 一支 容量瓶（200ml） 一个 称量瓶 二个 停表、 一个 放大镜 一个 2.试剂 氯化钾（分析纯） 硝酸钾（分析纯） 自组装简单绝热式量热计装置 1.贝克曼温度计 2.保温瓶 3．底座 4.铁架台

  13. 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。

  14. 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)。

  15. 数据记录与处理 • 室温：______℃ 大气压：_________KPa • 药品称量记录： • 药品名称 __________ • 称量瓶加药品总质量 （g） KCL____KNO3 ________ • 倒出药品后称量瓶质量（g） KCL___ KNO3 _________ • 药品净重（g） KCL_____KNO3 __________ 温度记录：(时间/分) • 前期温度(时间/分) KCL_______KNO3 _______ • 溶解时温度变化(时间/分) KCL_______KNO3 _______ • 后期温度 KCL________KNO3 _______ • KCl溶液的最终温度： ___________℃ • KNO3溶液的最终温度：____________℃

  16. 溶解前后温差的校正---雷诺校正法 请思考: 结合燃烧热实验和雷诺校正法示意图,讨论如何进行溶解前后温差的校正

  17. 结果计算(1)根据公式计算量热计的热容。(2)根据公式计算1mol的KNO3溶于200mol的H2O的溶解过程的积分溶解热。结果计算(1)根据公式计算量热计的热容。(2)根据公式计算1mol的KNO3溶于200mol的H2O的溶解过程的积分溶解热。 实验评注与拓展 • 本实验采用自组装简单绝热式测温量热计进行了物质积分溶解热的测量，目的在于让学生了解和掌握量热装置的基本组合，掌握基本的量热技术、测温技术以及进行温差校正的雷诺作图法则。 • 用简易量热计可测定某物质在水中的积分溶解焓，还可通过作图法求出该物质在水中的摩尔稀释焓、微分溶解焓和微分稀释焓。

  18. 摩尔稀释焓、微分溶解焓和微分稀释焓的求算方法摩尔稀释焓、微分溶解焓和微分稀释焓的求算方法 在一定温度和压力下，物质B溶解于溶剂A的过程的焓变为溶解焓，以△solH表示，则其摩尔溶解焓为 △solHm = △solH / nB 式中nB为溶解于溶剂A中的溶质B的物质的量。通过积分溶解焓可求得摩尔溶解焓 • 在定温定压下，溶解焓是溶液中溶质B的物质的量nB和溶剂A的物质的量nA的一次齐函数， • △solH = f(nA ，nB) • 应用数学上的欧拉定理推导可得 △solH = nA（э△solH /эnA）T、P、nB + nB（э△solH /эnB）T、P、nA 微分溶解焓：（э△solH /эnB）T、P、nA 微分稀释焓：（э△solH /эnA）T、P、nB

  19. 令n0 =nA/ nB • △solHm = n0（э△solH /эnA）T、P、NB +（э△solH /эnB）T、nA • 式中△solHm 可由实验测定，n0由实验中所用的溶质和溶剂 的物质的量可计算得到。 作△solHm- n0曲线，见下图，曲线 某点（n01）的切线斜率为该浓度下的微分稀释焓，切线与纵坐 标的截距，为该浓度下的微分溶解焓。图中n02点的摩尔溶解焓 与n01摩尔溶解焓之差为该过程的摩尔稀释焓。 • △Hdil = △solHm（n02）-△solHm（n01） 图 △solHm- n0

  20. 提问与思考 • 1.简易量热计除了用于测定溶解热,还可以测定那些过程的热效应? • 2.能否用简易量热计测定物质的比热容?请说出具体的方法与步骤。 • 3．请说说简单量热计与氧弹式量热计的共同点与异同点. • 4.实验中应注意那些问题?

  21. 参考资料 （1）清华大学化学系物理化学实验编写组编.物理化学实验.北京:清华大学出版社, 1992 （2）赵莉、薛方渝编. 物理化学学习指导.北京:中央广播电视大学出版社 ,1997 （3）傅献彩 沈文霞 姚天扬编 .物理化学(第四版).北京:高等教育出版社,1994

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