第二部分　基础实验

实验一　溶解热的测定

一、实验目的

1.了解溶解热测定的基本原理。

2.掌握“量热法”，学会用杜瓦瓶量热计测定盐的溶解热。

3.掌握数字贝克曼温度计的使用以及雷诺曲线校正温度的方法。

二、实验原理

无机盐类在溶剂中溶解，往往同时进行着两个过程：一是晶格的破坏，为吸热过程；二是离子的溶剂化，为放热过程。溶解热是这两种热效应的代数和，溶解热的符号和大小，则由两种热效应的相对大小来决定。另外，温度、压力、溶剂和溶质的性质与用量等也影响溶解热的大小。

溶解热可分为积分溶解热和微分溶解热。积分溶解热是指在等温、等压下，一定量的溶质溶解在一定量的溶剂中形成一定浓度的溶液时的热效应。积分溶解热与形成溶液的浓度有关，在一定量的溶剂中，随着溶液浓度的增大，积分溶解热也逐渐增大，最后趋于最大为一定值。当溶质的量为1mol时，将其称为摩尔积分溶解热（ΔHm）。微分溶解热是一个偏微分量，其含义是指在等温、等压下，1mol溶质溶于无限大量的某一确定浓度的溶液中或在指定浓度的溶液中加入dnB（mol）溶质B后所引起的热效应的变化，两者的单位都是J·mol-1。本实验采用绝热式量热法测定的是KCl的摩尔积分溶解热。

量热法测定摩尔积分溶解热时，一般都在保温性能较好的杜瓦瓶中进行。通过精确测量物质溶解前后因热量变化而引起该体系的温度变化，来计算该物质在一定温度下形成某浓度溶液时的摩尔积分溶解热。

要计算溶解热首先必须测定该体系的热容。体系热容的测定方法，比较常用的有电热标定法和化学标定法两种，本实验采用电热标定法进行测量。

电热标定法是在杜瓦瓶中盛以一定量的液体，搅拌，先测定初始温度，投入已精确称量的KCl，溶解开始后体系因吸热而温度下降，再用电加热法使体系回升至初始温度左右，测量这一过程中的通电时间，便可以算得所消耗的电能，应用雷诺曲线校正法分别求得KCl溶解过程降温时的ΔT溶和通电加热升温时的ΔT电，根据式（1-1）计算量热计的热容。

C=Q电/ΔT电=IUt/ΔT电　　（1-1）

式中　ΔT电——通电加热前后量热计温度的变化值，K；

C——量热计的热容，J·K-1；

Q电——通电过程中量热计吸收的热量，J或kJ。

KCl的溶解热ΔHm的计算，需按其溶解过程设计：

即KCl的摩尔积分溶解热为

ΔHm=-CΔT溶M/m　　（1-2）

式中　ΔT溶——样品溶解前后系统温度的变化值，K；

m——待测物质的质量，g；

M——待测物质的摩尔质量，g·mol-1；

ΔHm——待测物质的摩尔积分溶解热，J·mol-1或kJ·mol-1。

三、仪器及试剂

1.仪器

SWC-RJ溶解热实验装置　　1套；　　WLS数字恒流电源　　1台；

SWC-ⅡD精密数字温度温差仪　　1台。

2.试剂

KCl（A.R.，研细，在100～110℃干燥箱内干燥后，保存于干燥器中待用）。

四、实验步骤

1.调节数字恒流电源电流

如图1-1，接通电源，将数字恒流电源两负载夹4、5短路，分别调节粗调、细调旋钮，使电流显示为0.550～0.600A之间的某一数值，然后断开待用。

2.KCl溶解热及热容的测定

溶解热实验装置如图1-2所示。在杜瓦瓶中加入室温的蒸馏水200mL，调节好精密数字温度温差仪，开动搅拌器，匀速搅拌，待温度稳定后开始记录数据，每1min记录一次温度，共记录十次。记录第十个温度的同时，将准确称量的3g左右的KCl晶体从加样口加入到杜瓦瓶中，改为每30s记录一次温度，直到温度出现回升时，再1min记录一次温度，连续记录十次。

然后迅速将数字恒流电源的负载夹连接到杜瓦瓶的电极上，接通电源，并每30s记录一次温度，记录此时的通电电压U、电流I，待水温约回升到加入KCl前的温度左右时，停止加热，并记录通电时间t。再继续每1min记录一次温度，连续记录十次，停止实验。

3.观察现象

打开杜瓦瓶的上盖，观察KCl是否完全溶解。若未完全溶解，必须重做实验。

4.重复实验

按步骤1、2、3，重复实验两次。

5.实验仪器整理

实验结束后，倒出杜瓦瓶中的溶液，洗净、擦干杜瓦瓶；关闭电源并清理天平及实验台。

五、注意事项

1.KCl粒度的大小要均匀。

2.适当控制搅拌速度，以免搅拌不均匀，KCl不能充分溶解。

3.测定实验过程中的温度时，准确记录精密数字温度温差仪中的温差挡，精确到千分之一。

4.必须保持量热计良好的绝热性能，必须盖好上盖及加样孔的胶塞，以减少热量损失。

六、数据记录及数据处理

1.将所有的实验数据记录在表1-1和表1-2中。

KCl的质量：m1=＿＿g；m2=＿＿g；m3=＿＿g

2.根据实验数据，分别绘制三次实验加入KCl前后及通电前后的温度-时间图，用雷诺曲线校正法求出ΔT溶和ΔT电（温度的雷诺曲线校正法参见附1）。

3.利用式（1-1）计算量热计（含溶液）的热容C1、C2及C3。

4.根据KCl的用量，利用式（1-2）分别计算三次该实验温度下KCl的摩尔积分溶解热ΔHm，1、ΔHm，2、ΔHm，3，取平均值即为KCl的摩尔积分溶解热ΔHm。

5.查表得到KCl的摩尔积分溶解热的理论值，并计算绝对误差和相对误差。

七、思考题

1.样品粒度的大小对溶解热测定有什么影响？

2.溶液的浓度对积分溶解热有无影响？如何影响？

3.本实验中采用什么方法测定量热计的热容？测定量热计的热容的目的是什么？

4.利用本实验的仪器可否测量中和反应的热效应？如可以，请简要说明设计思路。

八、附

附1　雷诺曲线校正法

当体系吸热或放热时，量热计中水温会降低或升高。雷诺曲线校正法就是通过记录温度随时间变化的曲线，经过校正而得到准确的温差值。在溶解热的测定实验中，将物质溶解前后及电加热前后的水温对时间作图，连线如图1-3（a），图中ab段、bc段及cd段分别为溶解前、溶解过程及溶解后温度随时间的变化。图中b点相当于加入KCl的点，c点为观测到的最低温度读数点。由于量热计和外界的热量交换，曲线往往会发生倾斜。取点b所对应的温度为T1，点c对应的温度为T2，其平均温度为T=（T1+T2）/2，经过点T作水平线与曲线相交于一点，然后过此点作垂线，经b点作ab趋势线的切线，经c点作dc趋势线的切线，与垂线分别交于E、F两点，则E点和F点的温度差便是所测得的温度变化值ΔT溶。

图中de段、ef段分别为电加热和加热停止后温度随时间的变化。图中d点相当于开始电加热，e点为停止加热时温度读数点。取点d所对应的温度为T1，点e对应的温度为T2，经校正所得温差即为ΔT电，校正方法与ΔT溶的校正相同。

图1-3（a）中ef表示量热计向环境辐射出热量而造成量热计温度的降低，因此这部分必须进行补偿；图1-3（b）中ef表示环境辐射进来的热量而造成量热计温度的升高，这部分必须扣除。经过雷诺曲线校正后的温度差才真正表示体系吸热或放热使量热计温度的变化值。

附2　SWC-ⅡD精密数字温度温差仪

（一）构造与特点

该仪器在原SWC-ⅡC数字贝克曼温度计基础上结合单片机技术进行改进的，实现“温度”、“温差”、“定时”三显示。具有定时读数报警、基温自动选择和基准温差采零等功能。

1.技术指标

测量范围：温度-50～150℃，可扩展至±200℃；温差≤±10℃。

分辨率：温度0.1℃或0.01℃；温差0.001℃。

2.构造

此仪器是测量精度高、操作方便、使用可靠的新型节能分析仪器。温度温差仪的构造如图1-4所示。

（二）使用方法

1.操作前的准备

首先将仪器接通电源，检查探头编号应与仪器后盖编号相符，并将传感器插头插入后面板上的传感器接口。探头插入被测物中的深度应大于50mm。

2.仪器调节

打开电源开关，此时温度显示屏显示仪表初始状态的实时温度，温差显示与基温为20℃时的温度差。当温度、温差稳定后，按一下“采零”键，温差窗口显示“0.000”，再按下“锁定”键，锁定仪器自动选择基温。

3.温度、温差测定

根据实验要求，实验中选读温度或温差。读数时，按一下“测量/保持”键，使仪器处于保持状态（“保持指示灯”亮）。读数完毕，再按一下“测量/保持”键，即可转换到“测量”状态，进行跟踪测量。

4.定时读数

按住“增时”、“减时”键，设定所需的定时时间。设定完毕，定时显示倒计时，一个周期结束时，蜂鸣器鸣响且读数保持2s。若消除报警，只需将定时读数设置小于5s即可。