实验二电热补偿法测定KCl溶解热效应.docx
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实验二电热补偿法测定KCl溶解热效应
实验十二：
乙醇-环己烷体系温度-组成图的绘制
一、目的和要求
（1）用沸点仪测定在个大气压下乙醉及环己烷双液系在气液平衡时气相与液相的组成及平箕温度，绘制温度'组成图，并找出恒沸混合物的组成及恒彿点的温度“
（2）学会使用阿贝折光仪。
二、原理
两种在常温时为液态的物质混合后组成的二组分体系称为双酒系，曲种液体若能按枉意比例互相溶解J］称为完全互溶的双液系"若貝能在淀比例范围内互相幣解，则称为部分互溶双液系口双腋系的气液平衡相图八洱图可分为三类，见图2-13.
这些图的纵柚是温度『（怫点），横轴是代表液悴B的摩尔分数叫口在T.x图中育购条曲线：
上面的曲线是气相线，表乐在不同的沸点与溶液相平衡的弋相纽城.下面的曲线表示液相线，代表平獲时液相的组成◎
例如图2-13（a）屮对应于温度；,的气相点为旳*液相点为；,，这时的气相组戚5虑的橫轴读数是诸，液相组成点K点的横轴读数为云“
如果在恒压下務溶液蒸他*当气液两栩达到平衡时，记下此时的拂点，并分别测定气相（IS出物）与液相（蒸诵液）的组成，就能绘出此时的九图=图举门（町匕有个最低点’图2132）上有牛堆高点，这些点称为担嚅点，英相应的溶液称为恒沸混合物，在此点蒸傭所得气相与液相组成辅同。
（C）
图2・】3二元液系「％图
三、仪器和试剂
沸点仪1套；
阿贝折光仪I台；调压变压器I台；超级恒温水槽1台;
无水乙醇,
环己烷。
四、实验步骤
（1）开启超级恒温水槽•将温度控制在25（。
（2）按表24用有刻度的5mL的移液管准确配制工作曲线的标准溶液。
乙醇浓度（”匕％）
20
40
60
80
无水乙n?
（mL）
1
2
3
4
环己烷（rnL）
4
3
2
1
（3）用阿贝折光仪测标准溶液以及纯乙醇、纯环己烷
的折射率。
（4）测定体系的沸点及气液两相的折射率。
将一配制好的样品注人沸点仪中（见图2-14）,液体呈应盖过加热丝，处在温度计水银球的中部，旋开冷凝水，接通电源，电压不能超过规定电压，否则会烧断加热丝。
当液体沸腾、温度稳定后，记下沸腾温度及坏境温度，并停止加热。
分別用滴管吸取气相及液栋的液体，用阿贝折光仪测艮折射率，每份样品读数两次，取平均值。
测定完之后,将沸点仪中的溶液倒回原试剂瓶中，换另一种样品按上述操作进行测定。
五、注意事项
（1）沸点仪中没冇装人洛液之前绝对不能通电加热，图2・14沸点仪
如果没有溶液，通电加热后沸点仪会炸裂。
（2）—定要在停止通电加热之后，方可取样进行分析。
（3）使用阿贝折光仪时，棱镜上不能触及硬物［滴管），擦镜面应用擦镜纸。
六、数据处理
（1）将标准溶液的体积百分数按式（245）换算成重量百分数，然后以重暈百分数对折射作图。
""丽社瓦"00%（2・15）
式屮，叫，0分别代衷乙醇的休积及比重，乙醇的比重在20Y为0.7893；V2,D2分别代表环己烷的体积及比重，环己烷的比重在20Y时为0.7791。
（2）沸点校正，由于温度计的水银柱未全部浸入待测温度的区域内而需进行露茎校正。
按（2-16）式校正：
山基=K•“•（如一山）（2-16）
校正后的温度：
lt,~fsi+"滋至（2J7）
（3）将由工作曲线查得气液二相平衡相的组成及校正后的沸点列表并绘制乙醴•环己烷的气液平獲相图（纯乙醇的沸点是78.3T,纯环己烷的沸点是81T）O
（4）由图上指出该二元体系的恒沸点的温度及恒沸混合物的组成。
七、思考题
1.沸点仪中的小球D的体积过大对测罐有何影响？
2.如何判定气•液相已达到平衡？
实验十三：
电热补偿法测定KCl溶解热效应
2.1实验目的及要求
1.用电热补偿法测定KCl在不同浓度水溶液中的积分溶解热。
2.通过用电热补偿法测定硝酸钾在水中的积分溶解热，用作图法求KCl在水中的微分冲
淡热、积分冲淡热和微分溶解热。
3.复习溶解过程热效应的几个基本概念。
4.掌握电热补偿法测定热效应的基本原理。
5.了解如何从实验所得数据求KCl的积分溶解热及其它三种热效应。
6.了解影响本实验结果的因素有那些。
2.2实验准备
1.溶解热测定装置（一体化）ZR-2J
配置：
量热器（含加热丝、杜瓦瓶、保温杯（1个）、搅拌磁子（1个））、精密数字温度温差仪、数字恒流源、接口一体化设计、配套试验软件（仅1张）（含通讯线）、计算机一
台
2•烧杯250ml（1个），称量瓶1只（20x40mm）、毛笔（1支）、停表（1只）
3•准备药品：
KCl（30g）,蒸馏水（250g）
2.3实验原理
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摩尔的溶剂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Qs表示。
后者指在定温定压下把1mol溶质溶解在无限量的一定浓度的溶液中所产生的热效应。
把溶剂加到溶液使之稀释，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。
溶解热（Qs）可由实验直接测
定，其它三种热效应则通过QS—n0曲线求得。
设纯溶剂和纯溶质的摩尔焓分别为Hm
（1）和Hm
（2），当溶质溶解于溶剂变成溶液后，在溶液中溶剂和溶质的偏摩尔焓分别为Him和H2,m，对于由山摩尔溶剂和匕摩尔溶质组
成的体系，在溶解前体系总焓为H。
H=niHm
（1）+n2Hm
（2）（2.1）
设溶液的焓为H',
（2.2）
H=fH1，m+n2H2，m
因此溶解过程热效应Q为
Q=AmixH=HH=ni[Hi。
m—Hm
（1）:
+n2[H2,m—Hm
（2）:
=n1AmixHm
（1）+n2AmixHm
（2）（2.3）
式中，△mixHm
（1）为微分冲淡热，△mixHm
（2）为微分溶解热。
根据上述定义，积分溶解热
QS为
-h强H浪⑵+科山血//択
（1）
（2.5）
在恒压条件下，Q=AmixH，对Q进行全微分
必+図
如
風丿
3Q
上式在比值一恒定下积分，得
YI
Hi
（2.6）
全式以n2除之
（2.7）
（2.9）
将（2.8）、（2.9）代入（2.7）得:
以Qs对no作图，可得图2-1的曲线关系。
在图2-1中，AF与BG分别为将一摩尔溶
质溶于n°^Hn°2摩尔溶剂时的积分溶解热Qs,BE表示在含有一摩尔溶质的溶液中加入溶剂，
使溶剂量由n。
!
摩尔增加到n°2摩尔过程的积分冲淡热Qd。
Qd=（QS）n02-（QS）n0仁BG-EG（2.11）
图2-1中曲线A点的切线斜率等于该浓度溶液的微分冲淡热。
图2-1Q—no关系图
由图2-1可见，欲求溶解过程的各种热效应，首先要测定各种浓度下的积分溶解热，然后作图计算。
2.4实验图示
2.5实验步骤
1•稳压电源使用前在空载条件下先通电预热15min。
2.KCI30g。
（已进行研磨和烘干处理），放入干燥器中。
3•将8个称量瓶依次编号。
在台秤上依次称量约2.5、1.5、2.5、3.0、3.5、4.0、4.0和
4.5g的KCI，再至分析天平称出准确数据，把称量瓶一次放入干燥器中待用。
4.在台秤上称取216.2g蒸馏水于保温瓶中，同时放入搅拌磁子。
5.经教师检查后，打开溶解热测定装置，把金属温度探头至于室温中数分钟，根据显示
记录环境温度，把探头放入保温瓶内，注意勿与搅拌磁子接触。
调节电流值，使IV=2.25~2.3。
6.打开计算机中溶解热系统，调节端口，使绿色指示灯开始发亮，输入环境温度，电流值和电压值。
7.开启磁力搅拌器（注意搅拌速度不要太大，适中即可），加热水温，同时点击系统中
的“开始记录”，当体系温度高于环境温度0.5C时，系统提示加入第一份样品。
依此类推，
直至加入第8份样品。
如使用计算机，请参考以下操作步骤：
1.启动软件。
2.输入加热电压、加热电流、溶剂质量（W水）、每次添加溶质质量（Wi）以及环境温度,Q-n数据表其他数据为生成数据。
3.选择自动选择通讯端口，或通过手动选择通讯端口，绿色指示灯亮说明采集成功
4.当实验体系温度高于或等于环境温度时,将显示可以开始实验的提示,反之显示请加热
体系温度。
5.点击开始记录按扭,实验开始,同时测试系统将每秒钟记录一次加热功率数据，当实验
体系温度高于环境温度0.5C时，显示提示请加入第一组样品，当温度再次高于环境温度0.5°C时,显示提示请加入第二组样品，以此类推,系统将自动记录实验及Qs数据,当完成10次，数据记录是系统显示测试完成的提示,并自动停止数据记录。
6.点击Q-T按钮可以分别显示Q-T及厶T-T图。
7.实验完成后可以通过点击保存数据按钮保存Q-n数据表数据，以便以后的数据处理。
8.点击确定按钮可以将Q-n数据表数据导入实验处理选项中的Q-n数据表。
9.选择实验数据处理选项，可以对实验记录的实验数据进行处理。
10.为了提高数据处理的精度，对已经记录的实验数据进行分组出路，数据原则以实际而
定，按住鼠标的左键并移动鼠标，可以对实验数据进行选择，被选中的数据点可以在左边的n-Q
图中看到。
11.点击曲线拟合可以对选中的数据进行拟合回归，并通过选择阶数选项改善其拟合精
度。
12.拖动n-Q图中黄色的图标，到适当位置，并通过调节no微调可以精确定位no坐标。
13.点击导出按钮将出现一新的对话框，并在对话框中选择相应的no值点击确定可以将该组的溶解焓、微分溶解焓、以及微分稀释焓的数据。
14.点击消隐曲线、消隐回归、消隐切线，可以分别对n-Q图中的实验原始点、回归拟
合曲线、以及生成的切线进行消隐导入导实验记录表选项的KNO3积分溶解焓、微分溶解焓、
微分稀释焓表中。
15.点击载入数据按钮，选择文件，可以将该文件中的数据导入n-Q数据表。
16.点击浓度noi和浓度noi右边的确定按钮，可以将当前n-Q图光标所在位置no值进行显示，并自动得出n01变化到n02积分冲淡热。
17.选择实验数据表选项，初始化按钮可以该界面中表和n-Q图已经存在得数据进行归
零。
18.点击打印按钮，出现打印预览界面，按确定打印图表，或按取消按钮返回。
2.6注意事项
1.固体KCl易吸水，故称量和加样动作应迅速。
固体KCl在实验前务必研磨成粉状，并在11oC烘1.5h〜2h,取出放入干燥器中（在实验课前进行）。
2.在实验过程中要求I、V保持稳定，如有不稳需随时校正。
3.本实验应确保样品充分溶解，因此实验前加以研磨，实验时需有合适的搅拌速度，加入样品时速度要加以注意，防止样品进入杜瓦瓶过速，致使磁子陷住不能正常搅拌，但样品
Qs值偏
如加得太慢也会引起实验的故障。
搅拌速度不适宜时，还会因水的传热性差而导致低。
甚至会使Qs~no图变形。
4•实验过程中加热时间与样品的量是累计的，因而秒表的读数也是累计的，切不可在中途把秒表卡停。
5.实验结束后，保温瓶中不应存在KCI固体，否则需重做实验。
n表示
2.7数据处理
1.根据溶剂的重量和加入溶质的重量，求算溶液的浓度，以
2.按Q=IVt公式计算各次溶解过程的热效应。
nH2O
kno3
分溶解热和微分冲淡热，以及n0从80~100,100~200,200^300,300~400的积分冲淡
热。
I=——（A）;V=——（V）;IV=——（W）
i
8
1
S
Q
7
込Imol-1
1
2
3
4
5
6
7
8
2.8思考题
1.本实验的装置是否可测定放热反应的热效应？
可否用来测定液体的比热、水化热、生
成热及有机物的混合等热效应？
2.对本实验的装置、线路你有何改进意见?
3•测量热效应是在—量热计I中进行。
量热计的类型很多，分类方法也不统一，按传热介
质分有固体或液体量热计，按工作温度的范围分有高温和低温量热计等。
一般可分为两类
一类是等温量热计，其本身温度在量热过程中始终不变，所测得的量为体积的变化，如冰量
热计等；另一类是经常采用的测温量热计，它本身的温度在量热过程中会改变，通过测量温度的变化进行量热，这种量热计又可以是外壳等温或绝热式的等。
本实验是采用绝热式测温
量热计，它是一个包括量热器、搅拌器、电加热器和温度计等的量热系统，如图2-2所示量
热计直径为8cm、容量为350mL的杜瓦瓶，并加盖以减少辐射、传导、对流、蒸发等热交换。
电加热器是用直径为0.1mm的镍铬丝，其电阻约为10Q，装在盛有油介质的硬质薄玻
璃管中，玻璃管弯成环形，加热电流一般控制在300mA〜500mA。
为使均匀有效地搅拌，
可用电动搅拌器，也可按捏长短不等的两支滴管使溶液混合均匀。
用贝克曼温度计测量温度
变化。
在绝热容器中测定热效应的方法有两种：
图2-2量热器示意图
1.贝克曼温度计；
2.搅拌器；3.杜瓦瓶；4.加样漏斗；
5.加热器
（1）先测疋量热系统的热容量
C,再根据反应过程中温度变化
△T与C之乘积求出热效
应（此法一般用于放热反应）。
（2）先测定体系的起始温度T，溶解过程中体系温度随吸热反应进行而降低，再用电加热
法使体系升温至起始温度，根据所消耗电能求出热效应Q。
2
Q=IRt=IUt
式中，I为通过电阻为R的电热器的电流强度（A）；U为电阻丝两端所加电压（V）;t为通电时间（s）.这种方法称为电热补偿法。
本实验采用电热补偿法，测定KNO3在水溶液中的积分溶解热，并通过图解法求出其它
三种热效应。
2.9讨论
0.5C是为了体系在实验过程中能更接近绝
1.实验开始时体系的设定温度比环境温度高
热条件，减小热损耗。
2.本实验装置除测定溶解热外，还可用来测定液体的比热，水化热，生成热及液态有机物的混合热等热效应。
3.本实验用电热补偿法测量溶解热时，整个实验过程要注意电热功率的检测准确，但实验过程中电压V则常在变化，很难得到一个准确值。
如果实验装置使用计算机控制技术，采用传感器收集数据，使整个实验自动化完成，则可以提高实验的准确度。
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