实验四溶解热的测定
一、实验目的
1.用电热补偿法测定KNO3在不同浓度水溶液中的积分溶解热。

2.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。

二、预习要求
1.复习溶解过程热效应的几个基本概念。

2.掌握电热补偿法测定热效应的基本原理。

3.了解如何从实验所得数据求KNO3的积分溶解热及其它三种热效应。

4.了解影响本实验结果的因素有那些。

三、实验原理
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Q s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。

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
中产生的热效应，以表示，简写为。

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

设纯溶剂和纯溶质的摩尔焓分别为H m（1）和H m（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=n1H m(1)+n2H m(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 =Δmix H=H - H= n1［H1。

m –H m(1)］+n2［H2，m–H m(2)］
=n1Δmix H m(1)+n2Δmix H m(2) (3)
(3)式中，Δmix H m (1)为微分冲淡热，Δmix H m (2)为微分溶解热。

根据上述定义，积分溶解热Q S为
（4）
在恒压条件下，Q=Δmix H，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Q S对n0作图，可得图1的曲线关系。

在图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Q S，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Q d。

Q d=(Q S)n02 - (Q S)n01=BG – EG (11)
图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1 Q S—n0关系图
由图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。

图2 量热器示意图
1.贝克曼温度计；
2.搅拌器；
3.杜瓦瓶；
4.加样漏斗；
5.加热器。

3.测量热效应是在“量热计”中进行。

量热计的类型很多，分类方法也不统一，按传热介质分有固体或液体量热计，按工作温度的范围分有高温和低温量热计等。

一般可分为两类:一类是等温量热计，其本身温度在量热过程中始终不变，所测得的量为体积的变化，如冰量热计等;另一类是经常采用的测温量热计，它本身的温度在量热过程中会改变，通过测量温度的变化进行量热，这种量热计又可以是外壳等温或绝热式的等。

本实验是采用绝热式测温量热计，它是一个包括量热器、搅拌器、电加热器和温度计等的量热系统，如图2所示量热计直径为
8cm、容量为350mL的杜瓦瓶，并加盖以减少辐射、传导、对流、蒸发等热交换。

电加热器是用直径为0.1mm的镍铬丝，其电阻约为10Ω，装在盛有油介质的硬质薄玻璃管中，玻璃管弯成环形，加热电流一般控制在300mA～500mA。

为使均匀有效地搅拌，可用电动搅拌器，也可按捏长短不等的两支滴管使溶液混合均匀。

用贝克曼温度计测量温度变化。

在绝热容器中测定热效应的方法有两种:
(1)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(此法一般用于放热反应)。

(2)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。

四、仪器药品
1.仪器
杜瓦瓶1套; 直流稳压电源(1A，0V～30V)1台; 直流毫安表（0.5级，
250mA～500mA～1000mA）1只; 直流伏特计(0.5级，0V～2.5V～5V～10V)1只; 贝克曼温度计(或热敏电阻温度计等)1只; 秒表1只; 称量瓶(25mm×25mm)8只; 干燥器1只; 研钵1个; 放大镜1只;同步电机1个。

2.药品
KNO3(化学纯)。

五、实验步骤
1.稳压电源使用前在空载条件下先通电预热15min。

2. 将8个称量瓶编号，依次加入在研钵中研细的KNO3，其重量分别为2.5g、1.5g、2.5g、2.5g、
3.5g、4g、4g和
4.5g，放入烘箱，在110℃烘1.5h～2h，取出放入干燥器中(在实验课前进行)。

3.用分析天平准确称量上面8个盛有KNO3的称量瓶，称量后将称量瓶放回干燥器中待用。

图3电路图
4.在台称上用杜瓦瓶直接称取200.0g蒸馏水，调好贝克曼温度计，按图2装好量热器。

按图3连好线路(杜瓦瓶用前需干燥)。

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，保持电流稳定，开动同步电机进行搅拌，当水温慢慢上升到比室温水高出1.5℃时读取准确温度，按下秒表开始计时，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，然后用塞子堵住加样口。

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，待上升至起始温度点时，记下时间（读准至秒，注意此时切勿把秒表按停），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。

6.测定完毕后，切断电源，打开量热计，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。

7.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。

六、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。

固体KNO3在实验前务必研磨成粉状，并在110℃烘干。

4.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好，减少热损失。

七、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n表示
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Q S。

4.将以上数据列表并作Q S—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。

I= —— (A); U= —— (V); IU= —— (W)
【思考问题】
1.本实验的装置是否可测定放热反应的热效应？可否用来测定液体的比热、水化热、生成热及有机物的混合等热效应？
2.对本实验的装置、线路你有何改进意见？。