物理化学实验教学实习报告陈慧 MG0324064实验四 溶解热的测定实验部分4.1 实验目的及要求1. 了解电热补偿法测定热效应的基本原理2. 通过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 的微分冲淡热，积分冲淡热和微分溶解热3. 掌握电热补偿法的仪器使用4.2 实验原理 1．物质溶解于溶剂过程的热效应称为溶解热它有积分溶解热和微分溶解热两种前者指在定温定压下把1摩尔溶质溶解在n0摩尔的容积中时所产生的热效应，由于过程中溶 液的浓度逐渐改变，因此也称为变浓溶解热，以Q表示后者指在定温定压下把1摩尔溶 质溶解在无限量的某一定浓度的溶液中所产生的热效应由于在溶解过程中溶液浓度可实际上视为不变，因此也称为定浓溶解热，以〔翌］ 表示I Q”丿T . p . n 0 把溶剂加到溶液中使之稀释，其热效应称为冲淡热它有积分（或变浓）冲淡热和微分 （或定浓）冲淡热两种通常都一对含有 1 摩尔溶质的溶液的冲淡情况而言前者系指在定 温定压下把原为含1摩尔溶质和n01摩尔溶剂的溶液冲淡到含溶剂为n02时的热效应，亦即 为某两浓度的积分溶解热之差，以Qd表示后者系指1摩尔溶剂加到某一浓度的无限量溶液中所产生的热效应，以〔些表示。
18n丿0 T . p .n2.积分溶解热有实验直接测定，其它三种热效应则可通过Qs〜n0曲线求得： 设纯溶剂、纯溶质的摩尔焓分别为乃和H，溶液中溶剂和溶质的偏摩尔焓方和H ,12对于n1摩尔溶剂和n2摩尔溶质所组成的体系而言，在溶剂和溶质为混合前H 二 n H% + n H%1 1 2 2(4.1)当混合成溶液后(4.2)H，二 n H& + n H&1 1 2 2因此溶解过程的热效应为Y? — H 厶 n Y? — H 丿二 n AH + n AH22即为微分溶解热AH 二 H' — H 二 n 灯-H 丿 + n1 1 1 2 2 2 1 1式中，AH1为溶剂在指定浓度溶液中溶质和纯溶质摩尔焓的差 分溶解热的定义：(4.3)根据积nQ =AH/n AH +AH = n AH +AHs 2 n 1 2 01 1 22(4.4)所以在 QS ~ n01 图上，不同 Qs 点的切线斜率为对应于该浓度溶液的微分冲淡热，即‘° 0」 =--该切线在纵坐标上的截矩OC即为相应于该浓度溶液的微分溶解热而I an ) C 0 T . p .n在含有 1 摩尔溶质的溶液中加入溶剂使溶剂量由 为 Qd=(Qs)n01—(Qs)n02 = BG—EG。
3．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先测定体系的起始温度T当反应进行后温 度不断降低时，由电加热法使体系复原至起始温 度，根据所耗电能求出其热效应QQ=I2Rt=IVt (J)(4.5) 式中I为通过电阻为R的电阻丝加热器的电流 强度(A), V为电阻丝两端所加的电压(V), t为通电时间(s)4.3 仪器和药品计算机控制实验装置1 台，数字式直流稳流电源1 台，反应测量数据采集接口装置1 台，量热计(包括杜瓦瓶、搅拌器、加热器)1套，称量瓶8只(20X40mm),毛笔1 支, 硝酸钾(A.R.)约26克4.4 实验步骤1. 称好 8 份已磨细、烘干的 KNO3 样品(2.5g, 1.5g, 2.5g, 3.0g, 3.5g, 4.0g, 4.0g, 4.5g)放入干燥器不要打开稳流电源191.直流电压表；2.直流电流表;3.稳流电源； 4.温差报警仪图 H-4-2量热计及其电路图2. 打开反应测量数据采集接口装置电源，将温度传感器擦干置于空气中，预热3min,3. 在量热器中加入216.2g蒸馏水(台天平称), 放在搅拌器上,打开搅拌器电源,调节合适的搅拌速 度。
4. 打开计算机电源，运行SV.EXE,进入系统初 始界面,选择确定键,进入界面,按下“开始实验” 按钮,根据提示测定当前室温5. 室温测好后,将加热器放入装有自来水的玻 璃瓶中,打开稳流电源,调节稳流电源使电脑上显示 的加热功率在2.25-2.3W之间6. 调节好后,将加热器擦干置于量热瓶的蒸馏 水中,将温度传感器放入,按下确定键,测量水温 不再调节功率7. 当采样到水温高于室温0.5K时，根据提示加 入第一份样品,同时电脑会实时记录此时水温和时间8. 加入KNO3样品后，溶液温度很快下降，由于加热器在工作，水温又会上升，当水 温上升至起始温度时，根据电脑提示加入第二份样品，记下第一份kno3加热时间9. 重复上一步骤直至第八份KNO3加完10. 计算8份KNO3质量和8个累计加热时间4.5 数据处理1． 计算 nH2O2. 计算每次加入硝酸钾后的累计质量mKNO和通电累计时间toKNO33. 计算每次溶解过程中的热效应Q=IVt=Kt (J) (4.6)4•将计算出的Q值进行换算，求出当把1摩尔硝酸钾溶于n0摩尔水中的积分溶解热：Q Kt 101.1KtQ =——= 苗——= (4.7)n m M mKNO3 KNO3 KNO3 KNO3nn = -ho (4.8)0nKNO34. 将以上数据列表并作QS〜n0图。
从图中求出n0=8O,1OO,2OO,3OO和400处的积分溶 解热和微分冲淡热以及nO从8O-1OO,1OO-2OO,2OO-3OO,3OO-4OO的积分冲淡热 实验结果数据表和QS〜n0图见下一页4.5 注意事项1. 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，并烘干，以保证加样时能充分迅速溶解在实验过程中要求I、V保持稳定，如有不稳， 应随时校正2. 在实验过程中要求/、V保持稳定，如有不稳，应随时校正3. 本实验应确保样品全部溶解，因此实验前要加以研磨，实验时需要一定的搅拌速度， 加入样品速度也不能过速以防磁子陷住不能正常搅拌，但加得太慢也会引起实验故障搅拌速度不适宜时，还会因水的传热性差而导致QS值偏低甚至使QS〜n0图变形4. 实验结束后，杜瓦瓶中不应存有硝酸钾固体，否则必须重做实验4.8 思考题1. 本实验装置可否适用于放热反应的热效应求测？［解答］不能本实验装置采用电热补偿法测量反应的热效应，其原理是用电加热器提供 热流对体系的热损耗进行补偿，适合求测吸热反应的热效应2. 设计由测定溶解热的方法求CaCl (卡)6H SI) C aCl 6的反应热s。
)2 2 2 2［解答］考虑以下两个反应的热效应：CaCl (s) + nH 0⑴ T CaCl (aq) + nH O2 2 2 2CaCl • 6H O(s) + (n - 6)H O⑴ T CaCl (aq) + nH O2 2 2 2 2可知，将以上两个反应式相减即可得到要求反应热的反应式：CaCl (s) + 6H O⑴ T CaCl • 6H O(s)2 2 2 2依据盖斯定律，第三反应的热效应也可由前两个反应热相减得到因此，可以设计分别 测定CaCl2(s)和CaCl2・6H2O(s)在相同时的积分溶解热Qs1和Q2，贝I」A H0 =Q -Qr m s1 s2实验敖据：加热功率为2.2780 瓦水的质量为216.2000克QS样品褊号12345678Mi ＜每次加入样品量＜3〉2・62741-628561383.0?丄43・59264•丄2874・12694・5833t C通电累计时间〉3400642102114631953250530233591計算結果：＜1＞每份；竿品的Qrco样品缁号12345678Qs.< J/no 1 >35062・丄634741・5034228 ・8T33893 ・ 3733234・6丄32663 ・ 5231952•丄331359 ・37OQ462 ・1768285・ 327G176 ・ 7651122 ・151889 ・ 725968・751955・730346・044今＜2〉CO为80,丄06 200, 300, 400时KNO3的积分溶解热，徽分溶解热，微兮冲機热nOQs CJ/no1)©Qs/QhO < aZno1>8Qs/0n < O/tno 1)eo33034・ 8629・489330675 ・？!.丄OO33506 ・ 68JL8・873丄31619・3?20034450・344・?18333506 ・ 6930034764・ 892 ・ 097034丄35・7940034922・丄71・丄79634450・ 34<3〉 nO.从 80--1.0(3,丄00--200,200—300,300--400 时KNO3的积分冲淡热nO80——1OO1OO——200200——300300—400Qd < aZwo1)471.33943 ・663丄4・55157・ 2®KNO3溶解执QS-fO枣 图中八个实心仙点为測量点五个空心圆点为计算点，五条直线为切线教学部分1. 预习检查和原理讲解 本实验主要考察的概念知识点在于热效应中的几种溶解热的概念。
这也是本实验的原理 部分的关键在实验教学中，不仅要将溶解过程中几种热效应的基本概念讲述清楚，同时也 要让同学们理解几种不同的溶解热之间的相互联系特别注意的是要将QS〜n0图和基本原 理的文字表述结合起来，向同学们讲述明白QS〜n0图上的有关数学量因此，在实验干燥 样品样的时间里，督促同学们进一步理解实验原理，检查同学们的预习情况，然后有的放矢 地把同学们不理解的或者理解不够清晰的原理部分解释清楚在本实验中，主要讲解的原理内容包括：1）溶解过程中积分/微分溶解热和积分/微分冲淡热的基本概念2） 如何推导依据QS〜n0图来求测反应热，以及QS〜n0图中有关坐标、曲线、斜率以及截距等的物理含义；如何从QS〜n0图来求出有关的反应热值3） 加热补偿法测定热效应的基本原理4） 温度和浓度对溶解热的影响2. 实验指导在做实验之前，除了要将有关的实验操作注意点比较全面地介绍给同学们之外，更需要 让同学们理解和牢记实验操作中的关键由于本实验采用了微机控制程序，因此同学们的实 际手动操作比较有限关键部分在于：1） 加料速率要控制适中，在本实验中，由于加热器的热量补偿，如果加料过慢，计算 机在体系温度恢复起始值后就会提示加入下一份样品，并计算下一份样品的溶解时间，而实 际上前一份样品还没有加完。
加料过快，则可能堵在漏斗颈部或在水中不能分散，聚沉在量 热瓶底部，盖住磁拌子，使后者无法正常搅拌，影响溶解完全和速率实验中要求同学们尽 可能做到“细沙慢流”2） 实验中，不同的电脑安装的程序不完全一样，要提醒同学们按照自己的实验步骤进 行操作如有一个程序，样品溶解加热时间会不断地覆盖前面的同类数据，在实验完成后又 会在一定时间内自动结束含有实验数据的操作界面，因此需要提醒同学们在实验过程中及时 记录下处理数据需要的加热功率和每。