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第一章 物理化学基础实验 实验一 溶解焓的测定 【实验目的】 1、学会用量热法测定盐类的积分溶解焓。 2、掌握作图外推法求真实温差的原理和方法。 3、熟悉温度传感器的使用方法。 【实验原理】 盐类的溶解通常包含两个同时进行的过程：一是晶格的破坏，为吸热过程；二是离子的溶剂化，即离子的水合作用，为放热过程。溶解焓则是这两个过程热效应的总和，因此，盐类的溶解过程最终是吸热还是放热，是由这两个热效应的相对大小所决定的。 影响溶解焓的主要因素有：温度、压力、溶质和溶剂的性质和用量等。溶解焓分为积分溶解焓和微分溶解焓。摩尔积分溶解焓（简称积分溶解焓）是指在一定温度、压力下，将1mol溶质溶解于一定量溶剂中形成一定浓度的溶液时，所吸收或放出的热量。微分溶解焓是指在温度、压力及溶液组成不变的条件下，向溶液中加入溶质后的热效应；或者可以理解为将1mol溶质溶解于无限大量的某一溶液中所产生的热效应，此时溶液的浓度没有发生变化。积分溶解焓和微分溶解焓的单位都是J·mol-1，但是在溶解过程中，前者的溶液浓度是连续变化的，而后者只有微小的变化或者可以视为不变，故积分溶解焓又称变浓溶解焓，微分溶解焓又称为定浓溶解焓。 积分溶解焓可以由实验测定。在绝热容器中测定积分溶解焓的方法一般有两种：一是先用标准物质测出热量计的热容，然后测定待测物质溶解过程的温度变化，从而求出待测物质的积分溶解焓；二是测定溶解过程中温度的降低，然后由电热法使该体系恢复到起始温度，根据所耗电能计算出热效应。本实验采用第一种方法。 溶解过程的温度变化用温度传感器(或数字贝克曼温度计)测定。量热法测定积分溶解焓，通常是在具有良好绝热层的热量计中进行的。在恒压条件下，由于热量计是绝热系统，溶解过程中所吸收或放出的热全部由系统温度变化反映出来。在热量计内，将某种盐类溶解于一定量的水中时，若测得溶解过程的温度化为△T，则该物质的溶解焓为： 式中，为盐在溶液温度及浓度下的积分溶解焓，J·mol-1；m1、m2分别为溶剂水和溶质的质量，kg；M为溶质的摩尔质量，kg·mol-1；C1、C2分别???溶剂水、溶质的比热容，J·kg-1；△T为溶解过程的真实温差，K；C为热量计的热容（指除溶液外，使体系温度每升1K所需的热量），J·K-1，也称热量计的能当量。本实验通过测定已知积分溶解焓的标准物质KC1的△T，标定出C值。 由于实验中搅拌操作提供了一定的热量，而且系统也并非严格的绝热系统，因此在盐类的溶解过程中，难免与环境有微小的热交换。为了消除这些影响，求出溶解前后系统的真实温度变化△T，常采用作图外推法求真实温差。 根据实验数据作温度-时间曲线，如图3-1中的曲线PABQ所示。A点相当于热效应开始之点，B点相当于热效应结束之点，AB称为主期，主期以前的PA段称为前期，主期以后的BQ段称为后期。通过TA、TB两点的中点C，作平行于横坐标的直线，交实验曲线于D点。D点作CD线的一垂线，分别与PA、QB的延长线交于E、F点，则EF线段所代表的温差即为校正后的真实温度△T=TF-TE。 【仪器与试剂】 温度传感器1台，300mL简单热量计1只；电磁搅拌器1台；200mL容量瓶1个；秒表1只；电子天平1台（公用）。 分析纯KCI、NH4CI；蒸馏水 【实验步骤】 1、热量计热容C的测定 （1）溶解焓测定装置如图3-2所示。打开数字贝克曼温度计（参见第三章第一节中贝克曼温度计，相关内容）的电源开关，预热。 （2）将热量计擦干，用容量瓶量取200mL室温下的蒸馏水，装入热量计，然后将数字贝克曼温度计感应器插入热量计中。打开搅拌器并保持一定的搅拌速度，读取水的温度，作为基温T1。 （3）以T1作为基温，调节“基温选择”在适当的数值，在“温差”档上，待读数稳定后每1min记录一次温差值，共读8次。然后，将准确称好的4.14g KC1迅速倒入热量计中，每0.5min读一次温度，共读2次。接着改为每隔1min读数一次，共读8次即可停止。 （4）测出热量计中溶液的温度，记作T2。计算T1、T2的平均值，作为体系的温度，作为体系的温度。倒掉溶液，取出搅拌子，用蒸馏水洗净热量计。 2、NH4C1溶解焓的测定 用电子天平称取2.97g NH4C1，代替KC1重复上述操作。实验结束后，倒掉废液，用蒸馏水洗净热量计。 【数据记录与处理】 1、记录实验过程中系统温度随时间的变化。 2、用作图外推法求出KC1溶解过程的真实温差△T1，计算热量计热容C值。 3、用作图外推法求出NH4C1溶解过程的真实温度△T2，计算其摩尔积分溶解焓。 【附注】 1、KC1和NH4C1固体在20℃附近的比热容分别为0.67J·g-1·K-1和1.55J·g-1·K-1。 2、不同温度下，1mol KC1溶于200mol水中的溶解焓参见附录表17。