溶解热的测定吴大维 2006030027 生64 同组实验者：王若蛟实验日期：2008年5月16日 提交报告日期：2008年5月30日指导教师：张连庆1 引言1.1 实验目的1．测量硝酸钾在不同浓度水溶液的溶解热，求硝酸钾在水中溶解过程的各种热效应。

2．掌握量热装置的基本组合及电热补偿法测定热效应的基本原理。

3．复习和掌握常用的测温技术。

1.2 实验原理 1.2.1 基本实验原理物质溶于溶剂中，一般伴随有热效应的发生。

盐类的溶解通常包含着几个同时进行的过程：晶格的破坏、离子或分子的溶剂化、分子电离（对电解质而言）等。

热效应的大小和符号决定于溶剂及溶质的性质和它们的相对量。

在热化学中，关于溶解过程的热效应，需要了解以下几个基本概念。

溶解热 在恒温恒压下，溶质B 溶于溶剂A(或溶于某浓度溶液)中产生的热效应，用sol H ∆表示。

摩尔积分溶解热 在恒温恒压下，1mol 溶质溶解于一定量的溶剂中形成一定浓度的溶液，整个过程产生的热效应。

用sol m H ∆表示。

sol sol m BHH n ∆∆=（1）式中, B n 为溶解于溶剂A 中的溶质B 的物质的量。

摩尔微分溶解热 在恒温恒压下，1mol 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,,()A sol T P n B H n ∂∆∂表示，简写为()A sol n BHn ∂∆∂。

稀释热 在恒温恒压下，一定量的溶剂A 加到某浓度的溶液中使之稀释，所产生的热效应。

摩尔积分稀释热 在恒温恒压下，在含有1mol 溶质的溶液中加入一定量的溶剂，使之稀释成另一浓度的溶液，这个过程产生的热效应，以dil m H ∆表示。

21dil m sol m sol m H H H ∆=∆-∆ （2） 式中，2sol m H ∆、1sol m H ∆为两种浓度的摩尔积分溶解热。

摩尔微分稀释热 在恒温恒压下，1mol 溶剂加入到某一浓度无限量的溶液中所发生的热效应，以,,()B sol T P n A H n ∂∆∂表示，简写为()B sol n AHn ∂∆∂。

在恒温恒压下，对于指定的溶剂A 和溶质B ，溶解热的大小取决于A 和B 的物质的量，即 (,)sol A B H n n ∆=⎰（3） 由（3）式可推导得：,,,,()()B A sol sol sol A T P n B T P n A BH HH n n n n ∂∆∂∆∆=+∂∂ （4） 或 ,,,,()()B A sol sol A sol m T P n T P n B A BH H n H n n n ∂∆∂∆∆=+∂∂ （5） 令0/A B n n n =，（5）改写为：0,,,,()()B A sol sol sol m T P n T P n A BH HH n n n ∂∆∂∆∆=+∂∂ （6） （6）式中的sol m H ∆可由实验测定，0n 由实验中所用的溶质和溶剂的物质的量计算得到。

作出sol m H ∆－0n 曲线，见图2-3-1。

曲线某点（01n ）的切线的斜率为该浓度下的摩尔微分稀释热（即AD CD），切线与纵坐标的截距，为该浓度下的摩尔微分溶解热（即OC ）。

显然，图中02n 点的摩尔溶解热与01n 点的摩尔溶解热之差为该过程的摩尔积分稀释热（即BE ）。

由图2-3-1可见，欲求溶解过程的各种热效应，应当测定各种浓度下的摩尔积分溶解热。

本实验采用累加的方法，先在纯溶剂中加入溶质，测出溶解热，然后在这溶液中再加入溶质，测出热效应，根据先后加入溶质总量可求出0n ，而各次热效应总和即为该浓度下的溶解热。

1.2.2 用简易量热计测溶解焓本实验是采用绝热式测温量热计，它是一个包括杜瓦瓶、搅拌器、电加热器和测温部件等组成的量热系统。

装置及电路图如图2-3-2所示。

因本实验测定KNO 3在水中的溶解热是一个吸热过程，热量的标定可用电热补偿法，即先测定体系的起始温度，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 。

再由下式可求算出溶解热2121sol T T H QT T -∆=''- ， 2Q I RT = （7）式中，1T 、2T 为加入溶质始末的体系的温度；Q 为使体系从2T '升至1T '时的电热（J ）； 2T '、1T '为电加热始末的体系温度，I 为电流强度（A ）；R 为加热器电阻（Ω）；T 为通电加热时间（S ）。

本实验采用热敏电阻测温系统（详见附录温度的测量与控制），（21T T -）为溶解过程校正后的峰高，（21T T ''-）为加热过程校正后的峰高。

2、实验操作2.1 实验药品、仪器型号及实验装置示意图实验仪器：杜瓦瓶（保温瓶）、CJ-2磁力搅拌器、DYY-7转移电泳仪（恒流源）、浸入式加热器、热敏电阻、惠斯通电桥、XWT-204台式自动平衡记录仪、500mL 容量瓶、大烧杯、AR1140/C 电子天平、研钵。

实验装置示意图如右侧图2所示。

实验药品：KNO3（分子量101.10）2.2 实验条件平均室温：24.0℃2.3 实验操作步骤及操作要点3 结果与讨论 3.1 原始实验数据平均室温：24.0o C20H V =500mlρH20（24.0oC ）=0.9972995g/cm 3浸入式加热器电阻阻值R = 14.321Ω表1 溶解热测定的原始数据记录表序号 总质量/g 剩余质量/g I/A t/S 溶解前h 溶解后h ∆溶解h 加热前h 加热后h ∆加热h1 56.5018 51.0631 0.957 101 74.6 24.8 49.8 29.1 74.3 45.2 2 57.4529 50.9950 0.958 146 74.6 19.2 55.4 20.6 83.4 62.83 58.1914 51.4855 0.959 143 83.5 27.8 55.7 27.9 88.3 60.4 4 59.2218 50.8412 0.958 143 88.4 20.3 68.1 21.9 82.2 60.3 5 59.2613 50.8545 0.958 142 82.3 15.7 66.6 16.6 77.5 60.9 6 58.1312 51.0003 0.958 106 77.5 23.0 54.5 23.7 72.4 48.7 757.142551.00970.95810572.627.944.728.071.243.2h 值由雷诺作图法给出，详情见图2－3－3，h 值即为相应切线上规定点（如C 、D 、E 、F ）在记录纸上对应的格数。

Δh 为两切线的雷诺作图法距离，实际上代表了加热或溶解前后的温差。

3.2 计算的数据、结果用EXCEL 对数据进行处理可得下表：表2 数据处理表格序号 m/g 累计g m b / 累计mol n b/n 0 Q/J ∆H/J 累计∆H/J∆sol H m /KJ·mol -11 5.4387 5.4387 0.0538 514.941324.7 1459.5182 1459.518227.1310 2 6.4579 11.8966 0.1177 235.41 1918.92 1692.8066 3152.3247 26.7892 3 6.7059 18.6025 0.1840 150.55 1883.42 1736.8602 4889.1849 26.5715 4 8.3806 26.9831 0.2669 103.79 1879.49 2122.6100 7011.7949 26.2717 5 8.4068 35.3899 0.3500 79.14 1866.35 2041.0312 9052.8261 25.8616 6 7.1309 42.5208 0.4206 65.86 1393.19 1559.1136 10611.9397 25.2316 76.132848.65360.481257.561380.05 1427.9646 12039.904325.0184其中n 0=n a /n b =(500/18)/n b ，Q=I 2Rt ，∆H =Q/∆加热h ×∆溶解h ，∆sol H m =累计∆H/累计n b 。

以n 0为x 轴，以∆sol H m 为y 轴,利用OriginPro7.5作图：图4 n 0-∆sol H m 曲线图在n 0等于80，100，200，300，400五点处分别做切线，并求出切线的斜率，便可获知摩尔积分溶解热、摩尔微分溶解热以及摩尔微分稀释热：表3摩尔积分溶解热、摩尔微分溶解热以及摩尔微分稀释热同时还可以求出80→100、l 00→200、200→300、300→400过程的摩尔积分稀释热:表4 摩尔积分稀释热∆dil H m其中，∆dil H m=∆sol H m(n2)-∆sol H m(n1)3.3 讨论分析3.3.1 与标准值对比计算相对误差查附表2-3-1有KNO3在温度25o C ，n0=200时，摩尔积分溶解热为34.899 k J·mol-1 ，本实验室温24.0 o C，与文献温度接近，可计算相对误差得：|26.728-34.889|/34.889=23.39%3.3.2 误差分析通过计算大致的相对误差可知本次实验中出现了比较大的误差。

在OriginPro7.5中采取的是第二顺序指数衰减拟合，R值较大（R2＝0.9939）；但如果在EXCEL中采用对数拟合，则数据点偏离拟合线较远，这仍然体现了实验数据的误差。

这种情况一方面是由于实验器材的不准确和不理想决定的，另一方面也与实验操作和处理数据的方法有关。

⑴在实验开始时，需要把去离子水的温度调成和室温一致，由于加入热水后温度计示值变化不灵敏，使得温度调节有一定难度，并且最终去离子水的温度与室温很可能仍有一定的差异。

⑵在向容器加入药品的过程中，由于药品潮解，附着在瓶底，所以加入的过程会有些延迟，增大了容器内与外界的热交换，也会造成误差。

特别是第一次加药品时，瓶内水溅到热敏电阻上，使得指针瞬间向左偏移，但盖上瓶盖后指针仍回到原处。

⑶在实验过程中发现，加药品完成后，记录仪指针本应在一定时间内走成直线，但实际上却走成了折线，这很可能是由于仪器本身的因素造成的。

此情况的后果是，在画图计算峰高时切线很难做出，并且不是很准确，极大地影响了数据的准确性。

⑷加热过程中并不能保证完全恒定的电流，前几次加热时电流表显示总有1-3mA的波动，并且每一次打开加热器，在我们没有拧动旋钮的情况下，电流也会较上一次加热有所不同。