溶解热的测定.doc

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学号：201214140130
基础物理化学实验报告
实验名称：溶解热的测定
12级药学1班
实验人姓名:李楚芳
同组人姓名：罗媛 兰婷
指导老师：李旭老师
实验日期： 2014—06—13
湘南学院化学与生命科学系
一、 实验目的：
1．了解ZR-2J溶解热测定仪的原理、构造和使用方法，掌握溶解热的测定技术。
2．懂得积分溶解热的定义及其在化学热力学运算中的作用。
二、 主要实验原理，实验所用定律、公式以及有关文献数据：
1.在热化学中，关于溶解过程的热效应，引进下列几个基本概念。
溶解热 在恒温恒压下，n2摩尔溶质溶于n1摩尔溶剂(或溶于某浓度的溶液)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效应，以 表示，简写为。
2.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)+n2Hm(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)］
=n1ΔmixHm(1)+n2ΔmixHm(2) (3)
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
（4）
在恒压条件下，Q=ΔmixH，对Q进行全微分
（5）
上式在比值恒定下积分，得
（6）
全式以n2除之 （7）
因 （8）
则 （9）
将(8)、(9)代入(7)得: （10）
对比(3)与(6)或(4)与(10)式，
以QS对n0作图，可得图Ⅲ-2-1的曲线关系。 在图Ⅲ-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Ⅲ-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。

切线在纵轴上的截距等于该浓度的微分溶解热。

图Ⅲ-2-1 QS—n0关系图
由图Ⅲ-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。
3.先测定体系的起始温度T，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。
Q=I2Rt=IUt
式中，I为通过电阻为R的电热器的电流强度(A);U为电阻丝两端所加电压(V);t为通电时间(s).这种方法称为电热补偿法。
本实验采用电热补偿法，测定KNO3在水溶液中的积分溶解热，并通过图解法求出其它三种热效应。
三、 实验仪器及试剂（记录所用仪器型号、药品规格和溶液浓度）
ZR-2J溶解热测定仪一套，滤纸5张，干燥器一个。
硝酸钾（A.R.）
四、 简述实验步骤和条件
1．硝酸钾15g。（已进行研磨和烘干处理），放入干燥器中。
2. 取5张滤纸，依次加入在研钵中研细的KNO3,用电子天平称出2.5000g、1.5000g、2.5000g、 3.0000g、3.5000g在研钵中研细的KNO3，称量后将滤纸包好标号放入干燥器中待用。
        3. 在台称上用杜瓦瓶直接称取216.2g蒸馏水，调好贝克曼温度计，装好量热 器。并连好线路(杜瓦瓶用前需干燥)。
4. 经教师检查无误后接通电源，打开ZR-2J溶解热测定软件,调节稳压电源，使加热器功率约为2.25W，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1.5℃时读取准确温度输入至软件，同时从加样漏斗处加入第一份样品，并将残留在漏斗上的少量KNO3全部掸入杜瓦瓶中，在实验过程中要一直搅拌液体，加入KNO3后，温度很快下降，然后再慢慢上升，待上升至5℃时，立即加入第二份样品，按上述步骤继续测定，直至五份样品全部加完为止。
5. 测定完毕后，切断电源，打开量热计，确定KNO3溶解完全，将溶液倒入回收瓶中，把量热器等器皿洗净放回原处。
五、 实验数据处理

i

1
  2.5232
  2.5232
  37188.4119
480.88
2
  1.5158
  1.5158
  36783.9031
300.41
3
  2.5122
  2.5122
  36229.1366
185.21
4
  3.0098
   3.0098
 35504.4005
126.91
5
  3.5119
 3.5119
 34815.5292
92.82
6
4.0053
4.0053
34097.3597
71.05
7
4.0247
4.0247
33468.5541
57.50
8
4.5033
4.5033
32899.6237
47.39

得其线性方程： = 37709.67963+ (27482.58912-37709.67963)/(1 + (n0/43.00961)^ 1.20268)
R=0.9998
①求当n0＝80、100、200、300、400各点的积分溶解焓Qs
n0
80
100
200
300
400
积分溶解焓(J/mol)
34420.55436
34988.76077
36318.16254
36807.83322
37054.71283
②将所得曲线方程对n0求导，将上述几个n0值代入所得的导函数，求出这几个点上的切线的斜率，即为溶液n0在这几个点处的微分稀释焓。
求得一阶导数方程为： Qs=△H m,A= -（26742.445-37709.67963）(1.20268×(n0÷43.00961)^0.20268)÷1+(n0÷43.00961)^2.40536
N0
80
100
200
300
400
微分燃烧焓△H m,A (J/mol)
144273277
1288.72812
310.92614
141.78632
79.27426
③利用一元函数的点斜式公式求截距（微分溶解热）
QS=n0△Hm,A +△Hm,B
式中Qs为积分溶解热,△Hm,A 为微分稀释热△Hm,B为微分溶解热
所以溶液在n0这几点处的微分溶解焓可由下式求得△Hm,B=QS-n0△Hm,A
N0
80
100
200
300
400
微分燃烧焓 (J/mol)
-80998
-93874
-25867
-5728
5345
④最后计算溶液n0为80→100、100→200、200→300、300→400时的积分稀释焓Qd,n02-n01=Qs,n02-Qs,n01
n0
80→100

100→200
200→300
300→400
积分稀释焓
(J/mol
568.206
1329.402
489.671
246.880
六、讨论（主要内容是：对本实验的改进意见；试设计溶解热测定的其他方法；误差分析）：
1.本实验的装置可从以下几个方面改进：本实验采用杜瓦瓶作为反应装置，可视性不好，可以考虑用透明的绝热玻璃装置，增强反应的透明度，更容易观察硝酸钾的溶解性。
2.对于溶解过程放热的反应，可以借鉴燃烧焓测定的实验，先测定量热系统的热容量C，再根据反应过程中温度变化ΔT与C之乘积求出热效应。
3.误差分析: （1）KNO3固体易吸水，在称量和加样过程中可能吸水，引起质量误差；
（2）实验过程中I、U不可能完全恒定；
（3）KNO3样品在加入的过程中，装置不可能保持完全绝热，体系存在热损失；
（4） 在加样过程中，KNO3不可避免地会残留在加样漏斗中；
七 结论（是否达到了预期目的，学到了那些新知识）：
1.掌握量热技术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。
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