本文格式為Word版，下載可任意編輯——物化試驗(yàn)報(bào)告溶解熱的測(cè)定KClKNO3華南師范大學(xué)試驗(yàn)報(bào)告

課程名稱(chēng)物理化學(xué)試驗(yàn)試驗(yàn)項(xiàng)目溶解熱的測(cè)定

1．用量熱計(jì)簡(jiǎn)單測(cè)定硝酸鉀在水中的溶解熱。2．把握貝克曼溫度計(jì)的調(diào)理和使用。

鹽類(lèi)的溶解往往同時(shí)進(jìn)行著兩個(gè)過(guò)程：一是晶格破壞，為吸熱過(guò)程；二是離子的溶劑化，為放熱過(guò)程。溶解熱是這兩種熱效應(yīng)的總和。最終是吸熱還是放熱，則由這兩種熱效應(yīng)的相對(duì)大小來(lái)決定。

本試驗(yàn)在定壓、不做非體積功的絕熱體系中進(jìn)行時(shí)，體系的總焓保持不變，根據(jù)熱平衡，即可計(jì)算過(guò)程所涉及的熱效應(yīng)。

?solHm??M（[W1C1?W2C2）?C3]??T（3.1）

W1式中:?SolHm為鹽在溶液溫度和濃度下的積分溶解熱，單位：kJ·mo1–1；

W1為溶質(zhì)的質(zhì)量，單位：kg；

?T為溶解過(guò)程的真實(shí)溫差，單位：K；

W2為水的質(zhì)量，單位：kg；

M為溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量，單位：kg·mo1–1；

C1、C2分別為溶質(zhì)和水的比熱，單位：

kJ?kg?1K?1；

C3為量熱計(jì)的熱容(指除溶液外,使體系溫高1℃所需要的熱量)，單位：kJ。

試驗(yàn)測(cè)得W1、W2、ΔT及量熱計(jì)的熱容后，即

1

圖3.1溶解熱測(cè)定裝配圖

1.磁力攪拌器；2.攪拌磁子；3.杜瓦瓶；4.漏斗；5.傳感器；6.SWC—IIC數(shù)字貝克曼溫度儀．

度升

可按

(3.1)式算出熔解熱?SolHm。

溶解熱測(cè)量裝置一套（如圖3.1所示）；500ml量筒一個(gè)；KCl(A.R.)；KNO3(A.R.)

1．量熱計(jì)熱容的測(cè)定：

本試驗(yàn)采用氯化鉀在水中的溶解熱來(lái)標(biāo)定量熱計(jì)熱容C3。為此，先在清白的量熱計(jì)中裝入500m1蒸餾水，將與貝克曼溫度計(jì)接好的傳感器插入量熱計(jì)中，放在磁力攪拌器上，啟動(dòng)攪拌器,保持60－90轉(zhuǎn)／分鐘的攪拌速度，此時(shí)，數(shù)字顯示應(yīng)在室溫附近，至溫度變化基本穩(wěn)定后，每分鐘確鑿記錄讀數(shù)一次，連續(xù)8次后，開(kāi)啟量熱計(jì)蓋，馬上將稱(chēng)量好的10克氯化鉀(確鑿至0.01克)迅速參與量熱計(jì)中，蓋上蓋，繼續(xù)攪拌，每分鐘記錄一次讀數(shù)，讀取12次即可中止。然后用普通水銀溫度計(jì)測(cè)出量熱計(jì)中溶液的溫度，倒掉溶液。

2．硝酸鉀溶解熱的測(cè)定：用硝酸鉀代替氯化鉀重復(fù)上述試驗(yàn)，區(qū)別是稱(chēng)取硝酸鉀的質(zhì)量為7克(確鑿至0.01g)。完成一次試驗(yàn)后，溶液不倒掉。同樣連續(xù)讀數(shù)8次后，再向溶液中參與7克硝酸鉀，再讀取12次溫度完成其次次測(cè)量。試驗(yàn)終止，倒掉溶液

1.各樣品溶解前后溫差的雷諾校正圖

2

ΔT＝T2－T1＝19.4133－20.5135＝－1.1002℃ΔT＝T2－T1＝20.2023－20.9294＝－0.7271℃3

ΔT＝T2－T1＝19.5193－20.4591＝－0.9498℃ΔT＝T2－T1＝19.0872－20.1553＝－1.0681℃

4

ΔT＝T2－T1＝18.5848－19.9837＝－1.3989℃ΔT＝T2－T1＝18.2813－20.3839＝－2.1026℃

5

ΔT＝T2－T1＝16.8651－20.9383＝－4.0732℃2.樣品質(zhì)量

空稱(chēng)量紙紙+樣品紙+剩余樣品實(shí)際參與質(zhì)量

KCl0.29454.43760.29464.1430600:10.28702.16030.28731.8730500:10.20232.46600.20582.2602KNO3400:1300:10.27370.28293.08264.02510.27380.32752.80883.6976200:1100:10.28090.28175.898211.51740.28090.28175.617311.2357文獻(xiàn)值：不同溫度下的KCl在水中的溶解熱

t/℃10111213141516ΔsolHm/kJ19.89519.79519.62319.59819.27619.10018.933t/℃17181920212223ΔsolHm/kJ18.76518.60218.44318.29718.14617.99517.682t/℃242526272829solHm/kJ＝18.602

ΔsolHm/kJ17.70317.55617.41417.27217.13817.004試驗(yàn)測(cè)得的溫度為：17.9℃，則選取18℃的Δ

6

kJ/mol

3.結(jié)果計(jì)算

①計(jì)算量熱計(jì)的熱容K??[m1Cp(KCl,s)?m2C(H2O,l)]?m1??solHmM1??T

??4.1430?10?3?0.699?200?10?3?4.184???4.1430?18.602?0.09993kJ/K??74.55??1.1002②計(jì)算硝酸鉀在水中溶解的溶解焓根據(jù)公式：?solHm??[m1Cp(KNO3,s)?m2C(H2O,l)?K]?T2?T1?’//?//?Mm1??m1?0.9522?200?10?3?4.184?0.0993?T2?T1??’/??//?101.10m1③繪制ΔsolHm—n0曲線根據(jù)公式：n0?

n水nKNO3?m水/M水mKNO3/MKNO3?m水?MKNO3mKNO3?M水?200g?101.10g/mol各濃度的n0值。

18g/mol?mKNO3KNO3600:1500:1400:1300:1200:1100:1參與質(zhì)量（g）1.87302.26022.80883.69765.617311.2357n0599.7508497.0062399.9335303.8007199.977499.9789校正后溫差－0.7271－0.9498－1.0681－1.3989－2.1026－4.0732溶解焓ΔsolHm（kJ/mol）36.809236.628636.091435.939435.626834.7012

在Excel中繪制Δ

sol

H~n0關(guān)系曲線，并使用多種類(lèi)型的函數(shù)對(duì)曲線擬合得曲線方程。

7

使用二項(xiàng)式函數(shù)擬合的Δ3736.5solHmsolHm—n0曲線3635.53534.50100202300n0

Δy=-5×10^-6x2+0.0074x+34.129R2=0.9634400500600700

使用指數(shù)函數(shù)擬合的Δ37.537solHmsolHm—n0曲線36.53635.53534.50100202300n0

Δy=34.604e2R=0.92740.0001x4005006007008

使用乘冪函數(shù)擬合的Δ3736.5solHmsolHm—n0曲線3635.53534.50100202300n0

Δy=30.01x2R=0.9770.0317400500600700使用對(duì)數(shù)函數(shù)擬合的Δ3736.5solHmsolHm—n0曲線3635.53534.50100202300n0

y=1.1335ln(x)+29.5022R=0.9763Δ400500600700對(duì)比上面四種（二項(xiàng)式、指數(shù)、乘冪、對(duì)數(shù)）擬合曲線圖，使用對(duì)數(shù)函數(shù)擬合出的Δn0曲線最為理想，故擬合得曲線方程為：

solHm—

Y=1.1335ln(x)+29.502R2=0.9763

4.積分熔解焓，積分稀釋焓，微分熔解焓，微分稀釋焓的求算

①將n0=100、200、300、400、500、600代入3中的曲線方程，求出溶液在這幾點(diǎn)處的積分溶解焓。

n0ΔΔ

sol10034.722034.722020035.507635.507630035.967235.96729

40036.293336.293350036.546336.546360036.752936.7529Hm（KJ/mol）H（KJ/mol）sol

②將所得曲線方程對(duì)n0求導(dǎo)，將上述幾個(gè)n0值代入所得的導(dǎo)函數(shù)，求出這幾個(gè)點(diǎn)上的切線斜率，即為溶液n0在這幾點(diǎn)處的微分稀釋焓：

求得一階導(dǎo)數(shù)方程為：y?n01002001.1335x300400500600微分稀釋焓（KJ/mol）0.0113350.0056680.0037780.0028340.0022670.001889

③利用一元函數(shù)的點(diǎn)斜式公式求截距，可得溶液在這幾點(diǎn)處的微分溶解焓。

n0微分溶解焓（KJ/mol）

④最終，計(jì)算溶液n0為100→200，200→300，300→400，400→500，500→600時(shí)的積分稀釋焓。

n0積分溶解焓（KJ/mol）

10033.588520034.374130034.833740035.159850035.412860035.6194100→200200→300300→400400→500500→6000.78560.45960.32610.25300.2066

1．根據(jù)積分溶解熱的定義，可知隨著n0增大，Δ

sol

H應(yīng)當(dāng)不斷增大的，且增大的速率逐漸變慢。圖

中擬合的二次曲線并不是與此嚴(yán)格相符的，在n0=700左右有下降趨勢(shì)。所以，該擬合曲線線只能概括試驗(yàn)進(jìn)行范圍內(nèi)的Δ

sol

H~n0的關(guān)系。若要得到更大范圍內(nèi)的關(guān)系曲線，需要增加試驗(yàn)組數(shù)，獲得

更全面的數(shù)據(jù)

另外，擬合函數(shù)的選擇也不是唯一的。對(duì)于多項(xiàng)式擬合，次數(shù)越高，相關(guān)度越好。當(dāng)本試驗(yàn)用2次擬合，相關(guān)度已經(jīng)有0.998，無(wú)需再選擇更高次的曲線方程。當(dāng)然，也可以用指數(shù)，對(duì)數(shù)等函數(shù)進(jìn)行擬合。所得到的擬合曲線，均是Δ

sol

H與n0的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。

2．硝酸鉀溶解在水中吸熱，這是破壞硝酸鉀的晶格能，硝酸鉀的電離能以及溶劑化熱等能量的綜合效應(yīng)。從試驗(yàn)結(jié)果看出，溶劑的量n0越多，吸熱也越多，這可能是與溶劑化熱有關(guān)，溶劑的量不同，會(huì)影響K,NO3周邊的水合離子數(shù)。

3．溶劑量的影響隨著溶劑量的增多而逐漸減弱，反映在圖中曲線的斜率減少上。當(dāng)溶劑好多時(shí)，參與少量的溶劑，濃度的變化甚小。這些表達(dá)在微分稀釋熱上。微分稀釋熱定義為1mol溶質(zhì)溶解在無(wú)限量一定濃度溶液中產(chǎn)生的熱效應(yīng)。按此定義，在定溫定壓下它為一定值。試驗(yàn)處理得到的微分稀釋熱是不斷變小的，這是由于溶液量并不是無(wú)限的。當(dāng)溶劑量很大時(shí)，認(rèn)為溶液濃度不再變化，這時(shí)得到的微分稀釋熱便趨于穩(wěn)定了。Δ

sol

+

-

H~n0最終應(yīng)為一線性關(guān)系。

10

4．在不同溫度壓力下，硝酸鉀的溶解熱是不同的，特別是溫度的影響更大。當(dāng)溫度改變時(shí)，由van’tHoff等溫式知，溶解平衡常數(shù)和溶解焓均會(huì)發(fā)生變化。故試驗(yàn)時(shí)需要注明環(huán)境的溫度、壓強(qiáng)。5．硝酸鉀參與快慢的控制，是試驗(yàn)成敗的關(guān)鍵。加得太快，會(huì)使得溫差過(guò)大，體系與環(huán)境的熱交換加快，測(cè)得的溶解熱偏低。加得太慢，一旦溫度升到一個(gè)較高的值，即使參與所有硝酸鉀也無(wú)法使溫差回到零度以下，導(dǎo)致試驗(yàn)失敗。一般ΔT控制在-0.3℃左右為宜，最低不要超過(guò)-0.5℃，但要始終為負(fù)值。試驗(yàn)中要時(shí)刻注意溫差的變化，把握好加料的時(shí)間和量。在每次組試驗(yàn)完后，溫差上升到0℃以上，此時(shí)升溫較快，需要及時(shí)參與較多的硝酸鉀，否則溫差可能再