【目的要求】

• 用量热法测定KCl的无限稀释积分溶解热
• 掌握计温、量热的基本原理和测量方法

【基本原理】

　　物质溶解在溶剂中存在着两个过程：一是晶格破坏的吸热过程；二是离子溶剂化的放热过程。溶解热是这两个过程热应的总和。物质溶解是吸热还是放热决定这两个热效应的相对大小。
　　溶解热可分为积分溶解热和微分溶解热。积分溶解热是指１mol溶质溶解在一定量溶剂时的热效应。微分溶解热是在恒温、定压条件下，在指定浓度的溶液中增加溶质时所产生的微量热效应与所增加溶质的物质的量的比值。本实验测定KCl溶解在水中的积分溶解热。

测量热效应是在“量热计”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，如下图所示量热计为一杜瓦瓶，并加盖以减少辐射、传导、对流、蒸发等热交换。电加热器为镍铬丝加热丝，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。用数字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:

　　(1)先测定量热系统的热容量C，再根据反应过程中温度变化ΔT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。

Q=I^2Rt=IVt

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。

图 1 　1.贝克曼温度计；2.搅拌器；3.杜瓦瓶；4.加样漏斗；5.加热器。

　　本实验用杜瓦瓶作量热计在恒压下测定KCl的溶解热，并用电热补偿法测定量热计的热容。在杜瓦瓶中加以一定量的水，搅拌，用数显热电偶或热电阻温度计相隔一定时间测定温度。在温度变率稳定后，加入准确称量的KCl，因这时KCl溶解吸热使温度下降，待温度变率再次稳定后，给杜瓦瓶中的加热器加热器通电（记录电压、电流和时间），使体系基本回复到初始温度，应用雷诺校正图解外推法，分别求得升温和降温时的ΔＴe和ΔTs，根据下式计算量热计的热容量Ｃ。

C = Qe/ΔTe = I^2Rt/ΔTe = IVt/ΔTe

　　再根据下式计算KCl的积分溶解热

ΔH = C ΔTs M / W

　　其中W和M分别是KCl的质量和摩尔质量。

【仪器和试剂】

　　杜瓦瓶1套; 直流稳压电源1台; 直流毫安表1只; 直流伏特计1只; 热敏电阻温度计1只; 秒表1只; 称量瓶(25mm×25mm)8只; 干燥器1只; 研钵1个；KNO3(化学纯)。

【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）在杜瓦瓶中加入室温蒸馏水900ml(50mol）)，按图1安装好各部件，按图2连接好电加热器。

　　（３）开动搅拌器（不宜太快），开启电源，加热，使水温升高～0.5℃，停止加热。

　　（４）待温度平衡后，开始记录温度，每分钟一次，共计８次。

　　（５）读取最后一个数据时，加入0.25mol ＫＣl(18.625g),按１molＫＣl溶解于２００mol水中的比例计算，称准确至0.01g，改为每半分钟一次，继续记录温度，当温度不再下降且平衡后，每分钟一次，继续记录８个数据。　　

　　（６）启动加热电源，继续记录温度，使温度上升到接近开始温度时，停止加热。记录温度一直至温度平衡后再记录８个数据。

　　（７）关闭电源，打开量热计盖子，观察ＫＣl是否溶解完全，否则重做。

　　（８）测量室温。作为雷诺校正图解时的Ｊ点。

【数据记录与处理】

　　（1）以加入ＫＣl前后的温度对时间作图，用雷诺校正法，求出ΔTs

　　（2）以通电加热后的温度对时间作图，用雷诺校正法，求出ΔTe

　　（3）以通电加热时的电流I和电压V的平均值，计算量热计（含水）的热容C。

　　（4）根据水和ＫＣl的用量，计算实验温度下稀释度为200时的溶解热ΔH。并与理论值比较

【思考与讨论】

　　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.样品粒度的大小和浓度，对溶解热测定有何影响？

　　3.试设计一个测定硫酸铜水合物（CuSO4.5H20）生成热的实验方法。

【注意事项】

　　1.实验过程中要求I、V值恒定，故应随时注意调节。

　　2.实验过程中切勿把秒表按停读数，直到最后方可停表。

　　3.量热器绝热性能与盖上各孔隙密封程度有关，实验过程中要注意盖好，减少热损失。