实验七 溶解热的测定一、实验目的1.掌握采用电热补偿法测定热效应的基本原理。

2.用电热补偿法测定硝酸钾在水中的积分溶解热，并用作图法求出硝酸钾在水中的微分溶解热、积分稀释热和微分稀释热。

3.掌握溶解热测定仪器的使用。

二、实验原理物质溶解过程所产生的热效应称为溶解热，可分为积分溶解热和微分溶解热两种。

积分溶解热是指定温定压下把1mol 物质溶解在n 0mol 溶剂中时所产生的热效应。

由于在溶解过程中溶液浓度不断改变，因此又称为变浓溶解热，以△sol H 表示。

微分溶解热是指在定温定压下把1mol 物质溶解在无限量某一定浓度溶液中所产生的热效应，以表示.在溶解过程中浓度可视为不变，因此又称为定浓度溶解热，以0,,)(n p T sol nH ∂∆∂表示，即定温、定压、定溶剂状态下，由微小的溶质增量所引起的热量变化。

稀释热是指溶剂添加到溶液中，使溶液稀释过程中的热效应，又称为冲淡热。

它也有积分（变浓）稀释热和微分（定浓）稀释热两种。

积分稀释热是指在定温定压下把原为含1mol 溶质和n 01mol 溶剂的溶液冲淡到含n 02mol 溶剂时的热效应，它为两浓度的积分溶解热之差。

微分冲淡热是指将1mol 溶剂加到某一浓度的无限量溶液中所产生的热效应，以n p T sol n H ,,0)(∂∆∂表示，即定温、定压、定溶质状态下，由微小的溶剂增量所引起的热量变化。

积分溶解热的大小与浓度有关，但不具有线性关系。

通过实验测定，可绘制出一条积分溶解热△sol H 与相对于1mol 溶质的溶剂量n 0之间的关系曲线，如图1所示，其他三种热效应由△sol H~n 0曲线求得。

设纯溶剂、纯溶质的摩尔焓分别为H m1和H m2，溶液中溶剂和溶质的偏摩尔焓分别为H 1和H 2，对于由n 1mol 溶剂和n 2mol 溶质组成的体系，在溶质和溶剂未混合前，体系总焓为：图1H=n 1 H m1+n 2 H m2 (1)将溶剂和溶质混合后，体系的总焓为：H’= n 1 H 1+n 2 H 2 (2)因此，溶解过程的热效应为：△H=n 1(H 1-H m1)+n 2(H 2-H m2)=n 1△H 1+n 2△H 2 (3)在无限量溶液中加入1mol 溶质，(3)式中第一项可以认为不变，在此条件下所产生的热效应为(3)式中第二项中的△H 2，即微分溶解热。

同理，在无限量溶液中加入1mol 溶剂，(3)式中第二项可以认为不变，在此条件下所产生的热效应为(3)式中第一项中的△H 1，即微分稀释热。

根据积分溶解热的定义，有：△sol H=2H n (4) 将(3)式代入，可得：△sol H=21n n △H 1+△H 2=n 01△H 1+△H 2 (5) 此式表明，在△sol H~n 0曲线上，对一个指定的n 01，其微分稀释热为曲线在该点的切线斜率，即图1中的AD/CD 。

n 01处的微分溶解热为该切线在纵坐标上的截距，即图1中的OC 。

在含有1mol 溶质的溶液中加入溶剂，使溶液量由n 01mol 增加到n 02mol ，所产生的积分溶解热即为曲线上n 01和n 02两点处△sol H 的差值。

本实验测硝酸钾溶解在水中的溶解热，是一个溶解过程中温度随反应的进行而降低的吸热反应，故采用电热补偿法测定。

实验时先测定体系的起始温度，溶解进行后温度不断降低，由电加热法使体系复原至起始温度，根据所耗电能求出溶解过程中的热效应Q 。

(6)式中，I 为通过加热器电阻丝（电阻为R ）的电流强度(A)，V 为电阻丝两端所加的电压(V)，t 为通电时间(s)。

三、仪器和试剂1.仪器SWC-RJ 一体式溶解热测量装置(如右图，具体参数为：加热功率：0～12.5W 可调；温度/温差分辨率：0.01℃/0.001℃；计时时间范围：0～9999 S ；输出：RS232C 串行口)称量瓶8只,毛刷1个，电子分析天平，台秤2.试剂硝酸钾固体(A.R.已经磨细并烘干)四、实验步骤1.称样取8个称量瓶，先称空瓶，再依次加入约为2.5、1.5、2.5、3.0、3.5、4.0、4.0、4.5 g的硝酸钾（亦可先去皮后直接称取样品），粗称后至分析天平上准确称量，称完后置于保干器中，在台天平上称取216.2 g蒸馏水于杜瓦瓶内。

具体数据记录见五中，称量瓶洗净吹干后，一定要称量空瓶的质量，由于没有保干器，所以称量以后要马上盖上盖子。

蒸馏水称量了218.2g。

2.连接装置如右图所示，连接电源线，打开温差仪，记下当前室温。

将杜瓦瓶置于测量装置中，插入探头测温，打开搅拌器，注意防止搅拌子与测温探头相碰，以免影响搅拌。

将加热器与恒流电源相连，打开恒流电源，调节电流使加热功率为2.5瓦，记下电压、电流值。

同时观察温差仪测温值，当超过室温约0.5℃时按下“采零”按钮和“锁定”按钮，并同时按下“计时”按钮开始计时。

当前室温是15.6℃，注意要放入搅拌子。

当显示温度超过室温0.5℃后，按下“状态转换”按钮，系统自定采零并开始计时，加热功率为2.30W左右。

3.测量将第一份样品从杜瓦瓶盖口上的加料口倒入杜瓦瓶中，倒在外面的用毛刷刷进杜瓦瓶中。

此时，温差仪显示的温差为负值。

监视温差仪，当数据过零时记下时间读数。

接着将第二份试样倒入杜瓦瓶中，同样再到温差过零时读取时间值。

如此反复，直到所有的样品全部测定完。

采零后要迅速开始加入样品，否则升温过快可能温度回不到负值。

加热速度不能太快也不能太慢，要保证温差仪的示数在-0.5℃以上。

具体数据记录见五中。

4.称空瓶质量在分析天平上称取8个空称量瓶的质量，根据两次质量之差计算加入的硝酸钾的质量。

实验结束后，打开杜瓦瓶盖，检查硝酸钾是否完全溶解。

如未完全溶解，要重做实验。

倒去杜瓦瓶中的溶液（注意别丢了搅拌子），洗净烘干，用蒸馏水洗涤加热器和测温探头。

关闭仪器电源，整理实验桌面，罩上仪器罩。

具体数据记录见五中，打开杜瓦瓶盖发现KNO3已完全溶解，证明实验成功。

五、数据记录和处理室温15.6℃大气压力(kPa)：102.801.数据记录本实验记录的数据包括水的质量、8份样品的质量、加热功率以及加入每份样品后温差归零时的累积时间。

称量瓶号空瓶质量/g KNO3+瓶/g 剩余瓶重/g 加热功率归零时间/s/W1 6.0255 8.5033 6.0274 2.31 3922 6.3495 7.8484 6.3515 2.31 6153 6.6109 9.2372 6.6118 2.31 10164 6.7392 9.8224 6.7401 2.31 14625 6.3522 10.1798 6.3529 2.31 19976 6.5809 10.8726 6.5817 2.31 25837 6.1969 10.4015 6.1982 2.31 31228 6.6755 11.3035 6.6770 2.31 36712.将数据输入计算机，计算n 水和各次加入的KNO 3质量、各次累积加入的KNO 3的物质的量。

根据功率和时间值计算向杜瓦瓶中累积加入的电能Q 。

n 水=218.2/18.016=12.1mol M KNO3=101.10g/mol 称量瓶号加入KNO 3/g 累积KNO 3/g 累积n KNO 3/mol 累积电能/kJ 12.4759 2.4759 0.02449 0.9050 21.4969 3.9728 0.03930 1.4210 32.6254 6.5982 0.06526 2.3481 43.0823 9.6805 0.09575 3.3778 53.8269 13.5074 0.133604.6326 64.2909 17.7983 0.176055.9928 74.2033 22.0016 0.21762 7.2431 8 4.6265 26.6281 0.26338 8.51683.绘制Δsol H~n 0曲线用以下计算式计算各点的Δsol H 和n 0：Δsol H=3KNO n Q (7) n 0=3KNO 0n n (8) 瓶号 1 2 3 4 5 6 7 8 Δsol H/ KJ/mol36.953 36.161 35.978 35.277 34.674 34.041 33.283 32.336 n 0/mol 494.55 308.21 185.58 126.49 90.652 68.797 55.654 45.984在origin 中绘制Δsol H~n 0关系曲线，并对曲线拟合得曲线方程。

使用多项式拟合进行二次拟合，得到如下图：可见拟合度并不好，故采用 三次拟合使用多项式拟合进行二次拟合，得到如下图：R-Square(COD) SD N P----------------------------------------------------0.88271 0.63253 8 0.00471Polynomial Regression for DATA1_B:Y = A + B1*X + B2*X^2 + B3*X^3Parameter Value Error------------------------------------------------------------A 30.10599 0.55534B1 0.06744 0.01047B2 -2.34981E-4 4.86045E-5B3 2.56103E-7 6.11745E-8------------------------------------------------------------R-Square(COD) SD N P------------------------------------------------------------0.97821 0.30485 8 8.84128E-4------------------------------------------------------------拟合度达到0.98，所以采用三次拟合。

得到的曲线方程为y =30.10599+0.06744x-2.34981E-4x2 +2.56103E-7x34.积分熔解热，积分稀释热，微分熔解热，微分稀释热的求算将n0=80、100、200、300、400代入3中的曲线方程，求出溶液在这几点处的积分溶解热。

积分溶解热值表n080 100 200 300 400Δsol H（KJ/mol）34.1284 34.7563 36.2436 36.1045 35.8756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斜率，即为溶液n0在这几点处的微分稀释热：求得一阶导数方程为y′=0.06744-4.69962E-4x +7.68309E-7x2微分稀释热值表n080 100 200 300 400微分稀释热0.03476 0.02813 0.004180 -0.0044010.002385 （KJ/mol）利用一元函数的点斜式公式求截距，可得溶液在这几点处的微分溶解热。