物化实验报告溶解热的测定 - KCl、KNO3

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 实验类型 □验证 □设计 □综合 实验时间 年 月 日 实验指导老师 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热。 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。

积分溶解热是指在等温等压下把1mol溶质溶解在一定量的溶剂中时所产生的热效应。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，

??solH)T,p,n?n它可以表示为，因溶液的量很大，所以尽管加入1mol溶质，浓度仍可视为不变。

(0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，它是在绝热恒压而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200mL水中的积分溶解热数据进行量热计的标定。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：

n 1 KCl(s)+n 2 H 2 O(l) 等压、绝热，Qp=ΔH=0 量热计，T1 n1 KCl(aq) 量热计，T2 ΔH1 ΔH2 n1 KCl(s)+n2 H2O(l)

量热计，T2

1

在上述途径中，ΔH1为KCl(s)、H2O(l)及量热计从T1等压变温至T2过程的焓变，ΔH2

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。 因为 ΔH=ΔH1 +ΔH2=0 ΔH2 = －ΔH1

所以 ΔH1=[ n1 Cp,m(KCl,s)+ n2Cp,m( H2O,l)+K]×(T2－T1) ΔH2=n1Δ

solHm

solHm/( T2－T1) solHm/M1Δ

K=－[n1 Cp,m(KCl,s)+ n2Cp,m( H2O,l)]+ n1Δ

=－[m1 Cp (KCl,s)+ m2 Cp ( H2O,l)]+ m1ΔT （1）

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；Cp (KCl,s)=0.699kJ/(kg·K)，Cp ( H2O,l)=4.184 kJ/(kg·K)；M1为KCl的摩尔质量；ΔT= T2－T1，即为溶解前后系统温度的差值；Δ

solHm为

1mol KCl溶解于200mL H2O的积分溶解热，

其不同温度下的积分溶解热值见附录。通过式（1）可计算量热计的K值。

本实验测定1mol KNO3溶于200mL H2O的溶解过程的积分溶解热，计算原理同上。

【仪器与试剂 】

1. 仪器：广口保温瓶（1个）；1/10℃温度计（1支）；容量瓶（200mL ，1个）；磁力搅

拌器（1台）；贝克曼温度计（1台）。

2. 试剂：KCl(A.R.) ；KNO3(A.R.)

【实验步骤】

1. 量热计的标定

（1） 准确称取4.1413g的KCl（只要接近这个数值即可）

（2） 用容量瓶准确量取200mL室温下的蒸馏水（密度为ρ=1kg/L），倒入广口保温瓶中。 （3） 按图组装好简单绝热测温式量热计，并调节好贝克曼

温度计。

（4） 打开磁力搅拌器，保持一定的搅拌速率，观察贝克曼

温度计的读数变化，待温度变化率基本稳定后，每隔15s记录一次温度，连续记录6次，作为溶解前的温度。

2

（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5s记录一次温度，直到温度不再变化时，再连续记录6个温度变化率稳定的点，此6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。 2. KNO3积分溶解热的测定

（1） 准确称取5.6161g的KNO3。

（2） 用容量瓶准确量取200mL室温下的蒸馏水（密度为ρ=1kg/L），倒入广口保温瓶中，

以下操作如1.中的（4）、（5）、（6）。

【数据的处理】 1. 数据记录 （1） 药品称量

表一 药品质量记录表 试剂 样品1质量/g 样品2质量/g 样品3质量/g

（2） KCl第一次溶解

KCl 4.1460 4.1486 4.1392 KNO3 5.6125 5.6021 5.6220 表二 KCl第一次溶解温度记录表

时间/15s 1 2 3 4 5 6 7 8 9 （3） KCl第二次溶解

3

温度/℃ 23.523 23.525 23.527 23.529 23.531 23.533 23.526 22.873 22.582 时间/15s 10 11 12 13 14 15 16 17 18 温度/℃ 22.524 22.495 22.485 22.479 22.475 22.475 22.475 22.479 22.484 时间/15s 19 20 21 22 23 24 25 26 27 温度/℃ 22.49 22.494 22.5 22.504 22.509 22.513 22.519 22.522 22.529 表三 KCl第二次溶解温度记录表

时间/15s 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 温度/℃ 23.51 23.511 23.513 23.515 23.517 23.515 23.517 23.519 23.52 23.521 23.469 23.379 23.319 23.251 23.144 23.067 时间/15s 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 （4） KCl第三次溶解

温度/℃ 22.974 22.83 22.755 22.715 22.651 22.627 22.609 22.593 22.584 22.573 22.563 22.547 22.529 22.515 22.513 22.507 时间/15s 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 温度/℃ 22.503 22.495 22.489 22.483 22.479 22.479 22.479 22.479 22.481 22.49 22.489 22.492 22.495 22.499 22.502 22.505 表四 KCl第三次溶解温度记录表

时间/15s 1 2 3 4 5 6 7 8 9 温度/℃ 23.162 23.163 23.164 23.164 23.165 23.165 23.129 22.822 22.515 时间/15s 13 14 15 16 17 18 19 20 21 4 温度/℃ 22.139 22.119 22.105 22.101 22.095 22.095 22.095 22.097 22.111 时间/15s 25 26 27 28 29 30 31 32 33 温度/℃ 22.147 22.151 22.154 22.155 22.159 22.155 22.163 22.162 22.165 10 11 12

22.363 22.23 22.179 22 23 24 22.125 22.139 22.145 34 35 36 22.17 22.175 22.179 （5） KNO3第一次溶解

表五 KNO3第一次溶解温度记录表

时间/15s 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 （6） KNO3第二次溶解

温度/℃ 23.171 23.174 23.174 23.175 23.175 23.175 23.064 22.237 21.815 21.674 21.449 21.329 时间/15s 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 温度/℃ 21.247 21.189 21.159 21.139 21.107 21.102 21.107 21.109 21.113 21.122 21.129 时间/15s 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 温度/℃ 21.134 21.141 21.155 21.159 21.164 21.167 21.172 21.177 21.181 21.187 21.193 表六 KNO3第二次溶解温度记录表

时间/15s 1 2 3 4 5 6 7 8 温度/℃ 23.373 23.373 23.373 23.372 23.372 23.372 23.229 22.635 时间/15s 11 12 13 14 15 16 17 18 5 温度/℃ 21.569 21.469 21.409 21.355 21.329 21.319 21.315 21.314 时间/15s 20 21 22 23 24 25 26 27 温度/℃ 21.315 21.319 21.325 21.332 21.339 21.345 21.351 21.357

9 10

22.409 21.775 19 21.315 28 21.364 （7） KNO3第三次溶解

表七 KNO3第三次溶解温度记录表

时间/15s 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

2. 溶解前后的温差校正

温度/℃ 23.167 23.167 23.167 23.165 23.165 23.167 23.147 22.251 21.64 21.349 21.229 时间/15s 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 温度/℃ 21.159 21.129 21.113 21.105 21.101 21.101 21.101 21.103 21.105 21.112 21.119 时间/15s 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 温度/℃ 21.125 21.133 21.14 21.145 21.152 21.159 21.165 21.17 21.177 21.182 （1） KCl溶解的雷诺校正图

6

（2） KNO3溶解的雷诺校正图

7

3. 结果计算

① 计算量热计的热容

根据公式： K=－[m1 Cp (KCl,s)+ m2 Cp ( H2O,l)]+ m1Δ

solHm/M1Δ

T

代入数据，算得K1=0.0111 kJ/K； K2=0.0109 kJ/K； K3=0.0113 kJ/K 取平均值K=0.0111

②计算硝酸钾在水中溶解的积分溶解热 根据公式：Δ

solH=[ m1 Cp,m(KNO3,s)+ m2Cp,m( H2O,l)+K]×(T2－T1)

solH1=1.7876kJ；ΔsolH2=1.8188kJ；ΔsolH3=1.8375kJ

代入数据，算得Δ

8

又Δ

solHm=ΔsolH/n1，算得ΔsolHm1=32.2005kJ；ΔsolHm2=32.8229kJ；ΔsolHm3=33.0430kJ

solHm=32.6888kJ

取平均值Δ

【实验讨论】

1. 根据积分溶解热的定义，可知随着n增大，ΔH应该不断增大的，且增大的速率逐渐

0

sol

变慢。KNO3固体的溶解过程是一个吸热过程，所以积分溶解热都大于0，本次实验的测量结果均符合正常值。

2. 硝酸钾加入快慢的控制，是实验成败的关键。加得太快，会使得温差过大，体系与环

境的热交换加快，测得的溶解热偏低。加得太慢，一旦温度升到一个较高的值，即使加入所有硝酸钾也无法使温差回到零度以下，导致实验失败。一般ΔT控制在-0.3℃左右为宜，最低不要超过-0.5℃，但要始终为负值。实验中要时刻注意温差的变化，掌握好加料的时间和量。在每次组实验完后，温差回升到0℃以上，此时升温较快，需要及时加入较多的硝酸钾，否则温差可能再无法回到负值。加料时应小心，以免硝酸钾洒落。

3. 磁子的搅拌速度也很重要。搅拌太慢，硝酸钾难以完全溶解，若实验结束发现有未溶

解的硝酸钾，应重复实验。搅拌太快，会加快散热，且温差归零的时间 难以准确记录

4. 实验中使用的硝酸钾不是十分干燥，已经略有吸潮。这对实验结果会有影响（相当于

硝酸钾已经溶解了一些）。实验中，应在其它事宜都准备好后，再称量硝酸钾，称完后盖上盖子，并尽快开始实验。建议实验过程中将称好的药品放在干燥器中。

【参考文献】

[1] 何广平等编著. 物理化学实验. 北京：化学工业出版社，2007. 12：71-75. [2] 傅献彩，沈云霞等编. 物理化学. 第四版. 北京：高等教育出版社，1990. [3] 复旦大学等编. 物理化学实验. 第3版. 北京：高等教育出版社，2005.

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/cy1a.html