3溶解热测定实验报告

华 南 师 范 大 学 实 验 报 告

学生姓名 学 号 专 业 化学(师范) 年级、班级 课程名称 物理化学实验

实验项目 溶解热的测定

实验类型 ：□验证□设计□综合 实验时间 年 月 日 实验指导老师 左晓希 实验评分

【实验目的】

①设计简单量热装置测定某物质在水中的积分溶解焓。 ②复习和掌握常用的量热技术与温度测定与校正方法。

③由作图法求出该物质在水中的摩尔稀释焓、微分溶解焓、微分稀释焓。 【实验原理】

溶解热，即为一定量的物质溶解于一定量的溶剂中所产生的热效应。溶解热除了与溶剂量及溶质质量有关外，还与体系所处的温度及压力有关。溶解热分为积分溶解热和微分溶解热。 积分溶解热即在等温等压条件下，1mol溶质溶解在一定量的溶剂中形成某指定浓度的溶液时焓变。也即为此溶解过程的热效应。它是溶液组成的函数，若形成溶液的浓度趋近于零，积分溶解热也趋近于一定值，称为无限稀释积分溶解热。积分溶解热是溶解时所产生的热量的总和，可由实验直接测定。

微分溶解热是等温等压下，在大量给定浓度的溶液里加入1mol溶质时所产生的热效应，它可表示为(??solH/?nB)T、pnA。因溶液的量很大，所以尽管加入1mol溶质，浓度仍可视为不变。微分热难以直接测量。但可通过实验，用间接的方法求得。

溶解热的测量可通过绝热测温式量热计进行，它是在绝热恒压且不做非体积功的条件下，通过测定量热系统的温度变化，而推算出该系统在等温等压下的热效应。

本实验采用标准物质法进行量热计能当量的标定。利用1molKCl溶于200mol水中的积分溶解热数据进行量热汁的标定。当上述溶解过程在恒压绝热式量热计中进行时，可设计如下途径：

n1 KCl(s)＋n2 H2O(l) 量热计，T1 △H1 n1 KCl(s)＋n2 H2O(l) 量热计，T2 等压、绝热，Qp＝△H＝0 n1 KCl(aq) 量热计，T2 △H2 在上述途径中，△H1为KCl(s)、H2O(l)及量热计从T1等压变温至T2过程的焓变，△H2则为在T2温度下，物质的量为n1 mol的KCl(s)溶于n2 mol H2O(l)中，形成终态溶液的焓变。

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因为

△H＝△H1＋△H2＝0 △H2＝﹣△H1

所以 △H1＝[ n1Cp,m(KCl,s)＋n2Cp,m(H2O,l)＋K ]×（T2－T1） △H2＝n1△solH m

n1△solH m

K ＝﹣[n1Cp,m(KCl,s)＋n2Cp,m(H2O,l)]－ T2－T1

m1△solH m

＝﹣[ m1Cp(KCl,s)＋m2Cp(H2O,l)]－ (3-8) M1△T

式中，m1、m2分别为溶解过程加入的KCl(s)和H2O(l)的质量；Cp,m为物质的恒压比热容，即单位质量的物质的等压热容；Cp(KCl,s)=0.699kJ/(kg·K)，Cp(H2O,l)=4.l84kJ/(kg·K)；M1为KCl的摩尔质最：△T=T2﹣T1，即为溶解前后系统温度的差值；△solHm为1mol KCl溶解于200mol H2O的积分溶解热，其不同温度下的积分溶解热数值见附录。通过式( 3-8)可计算量热计的K值。 本实验测定1mol KNO3溶于200mol H2O的溶解过程的积分溶解热，途径如下。

根据式(3-8)，溶解热可根据式(3-9)计算。

△solH＝﹣[ n1Cp,m(KNO3,s)＋n2Cp,m(H2O,l)＋K ]×（T2－T1）

＝﹣[ m1’Cp(KNO3,s)＋m2Cp(H2O,l)＋K ]×（T2－T1） (3-9)

n1 KNO3(s)＋n2 H2O(l) 量热计，T1 △H1 n1 KNO3(s)＋n2 H2O(l) 量热计，T2 等压、绝热，Qp＝△H＝0 n1 KNO3(aq) 量热计，T2 △H2

△solH

摩尔溶解热 △solHm＝ （3-10）

n1

同理：m1’、m2’分别为溶解过程加入的KNO3 (s)和H2O (1)的质量：Cp为物质的恒压比热容，即单位质量的物质的等压热容，Cp (KNO3,s)=0. 9522kJ/(kg·K)，△T= T2﹣T1，为溶解前后系统温度的差值（需经过雷诺校正），n1为所加入的KNO3的量(mol)，通过式(3-9)和式(3-10)，即可求得1mol的KNO3溶于200mol H2O的溶解过程的积分溶解热。 【仪器与试剂】 (1) 仪器

广口保温瓶 1个 磁力搅拌器 1台 1／10℃温度计 1支 贝克曼温度计（数字温差测量仪） 1台

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容量瓶(200mL) 1个 称量瓶 2个 (2) 试剂

氯化钾（分析纯） 硝酸钾（分析纯） 【实验步骤】

(l) 量热计的标定

①在称量瓶中准确称取4. 1412g的KCl，并记下装有KCl的称量瓶的总重量。 ②用容量瓶准确量取200mL室温下的蒸馏水（密度为ρ= 1kg/L），倒入广口保温杯中。 ③按图3-3所示，组装好简单绝热测温式量热计，并调节好贝克曼温度计。

④开动磁力搅拌器，保持一定的搅拌速率，观察贝克曼温度计读数的变化，待温度变化率基本稳定后（即单位时间温度的变化值基本相同）后，每隔30s记录一次温度，连续记录六次，作为溶解的前期温度。

⑤打开量热计的盖子，将已称重的KCl迅速倒入量热计并盖好盖子，保持与溶解前相同的搅拌速率，继续每30s记录一次温度，随到温度不再变化时，再连续记录六个温度变化率稳定的点，此六个点作为溶解的后期温度。

⑥读取1/10℃温度计的读数，根据此温度从附表中查出相应的KCl的积分溶解热。 ⑦称量已倒出KCl的空称量瓶质量，准确计算已溶解的KCl的质量。 (2) KNO3积分溶解热的测定

①在称量瓶中准确称取5.616lg的KNO3，并记下装有KNO3的称量瓶的总重量。

②用容量瓶准确量取200mL室温下的蒸馏水（密度=lkg／L），倒入广口保温杯中，以下操作如(l)中的④、⑤、⑦。 【注意事项】

①影响该实验测量的关键是如何使测最过程尽可能保持绝热，以减少热量的损失。一般的量热容器可考虑选择杜瓦瓶或广口保温瓶，瓶口用泡沫塑料或其他保温材料盖严，同时可考虑调节系统的初始温度，尽可能减少在整个测量过程中系统与环境之间的热交换。

②为使样品能迅速、完全地溶解，须事先将固体样品研细。 ③样品溶解时的搅拌速率要均匀，不要太快。

④要连续记录实验过程中温度随时间的变化，以便于利用雷诺作图法进行准确的温差校正。 ⑤试样的倒入要迅速且盖好盖子。

【数据记录与处理】

室温： 19.6°C（干），16.0°C（湿） 相对湿度： 60.5% 大气压： 1025.0HPa

(1) 量热计的标定

称取KCl的质量：4.1412g t2=18.40°C

已知MKCl＝74.55g/mol MH2O＝18.02g/mol mH2O＝200g nKCl:nH2O＝1:200

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表1 KCl溶解热测定数据记录表

前期 温度/°C 溶解 温度/°C 后期 温度/°C

根据数据作KCl溶解的温度-时间曲线并利用雷诺作图法进行准确的温差校正：

1 19.406 7 19.245 12 18.738 2 19.471 8 18.832 13 18.747 3 19.512 9 18.755 14 18.759 4 19.541 10 18.737 15 18.773 5 19.563 11 18.734 16 18.789 6 19.580 17 18.803

图1 KCl溶解的温度-时间曲线

△T＝T2﹣T1＝

已知Cp(KCl,s)＝0.699kJ/(kg·K)＝0.699J/(g·K) Cp(H2O,l)＝4.l84kJ/(kg·K)＝4.l84J/(g·K) 查表知t=18°C时，△solH m＝18.602 kJ/mol 根据式（3-8）:

m KCl△solH m K ＝﹣[ mKCl Cp(KCl,s)＋mH2O Cp(H2O,l)]－ M KCl△T

4.1412g×18.602 kJ/mol

＝﹣[ 4.1412g×0.699 J/(g·K)＋200g×4.l84J/(g·K) ]－

74.55g/mol×

＝

此为量热计的热容。

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(2) KNO3积分溶解热的测定

① 称取KNO3的质量：1.8719g t2＝18.05°C

已知M KNO3＝101.11g/mol MH2O＝18.02g/mol mH2O＝200g

n KNO3＝1.8514×10-2 mol n KNO3:nH2O＝1:600

表2 KNO3（n0＝1:600）溶解热测定数据记录表

前期 温度/°C 溶解 温度/°C 后期 温度/°C 1 18.862 7 18.933 11 18.408 2 18.893 8 18.543 12 18.418 3 18.911 9 18.427 13 18.429 4 18.926 10 18.405 14 18.439 5 18.940 15 18.449 6 18.951 16 18.460 根据数据作KNO3溶解的温度-时间曲线并利用雷诺作图法进行准确的温差校正：

图2 KNO3（n0＝1:600）溶解的温度-时间曲线

△T＝T2﹣T1＝

已知Cp(KNO3,s)＝0.9522kJ/(kg·K)＝0.9522J/(g·K)

Cp(H2O,l)＝4.l84kJ/(kg·K)＝4.l84J/(g·K) 根据式（3-9）:

△solH＝﹣[ mKNO3Cp(KNO3,s)＋mH2O Cp(H2O,l)＋K ]×△T ＝﹣[1.8719g×0.9522J/(g·K)＋200g×4.l84J/(g·K)＋

＝ △solH m,1＝

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