实验90 溶解热的测定
实验目的
了解电热补偿法测定热效应的基本原理；通过电热补偿法测定硝酸钾在水中的积分溶解热，并用作图法求出硝酸钾在水中的微分稀释热、积分稀释热和微分溶解热；掌握电热补偿法的仪器的使用方法。
实验原理
（1）在热化学中，关于溶解过程的热效应，引进下列几个基本概念。
①溶解热：在恒温恒压下，n2（mol）溶质溶于n1（mol）溶剂（或溶于某浓度的溶液）中产生的热效应，用Q表示，溶解热可分为积分（或称变浓）溶解热和微分（或称定浓）溶解热。
②积分溶解热：在恒温恒压下，1mol溶质溶于n0（mol）溶剂中产生的热效应，用QS表示。
④冲淡热：在恒温恒压下，1mol溶剂加到某浓度的溶液中使之冲淡所产生的热效应。冲淡热也可分为积分（或变浓）冲淡热和微分（或定浓）冲淡热两种。
⑤积分冲淡热：在恒温恒压下，把原含1mol溶质及n01（mol）溶剂的溶液冲淡到含溶剂为n02（mol）时的热效应，亦即为某两浓度溶液的积分溶解热之差，以Qd表示。
（2）积分溶解热（QS）可由实验直接测定，其他三种热效应则通过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H1，m和H2，m，对于由n1（mol）溶剂和n2（mol）溶质组成的体系，在溶解前体系总焓为H。
设溶液的焓为H′，有
因此溶解过程热效应Q为
式（3）中：ΔmixHm（1）为微分冲淡热；ΔmixHm（2）为微分溶解热。根据上述定义，积分溶解热QS为
在恒压条件下，Q＝ΔmixH，对Q进行全微分，有
全式以n2除之，有
因
则
将式（8）、式（9）代入式（7），得
对比式（3）与式（6）或式（4）与式（10），得
或
以QS对n0作图，可得图6－8所示的曲线。在图6－8中，AF与BG分别为将1mol溶质溶于n01和n02（mol）溶剂时的积分溶解热QS，BE表示在含有1mol溶质的溶液中加入溶剂，使溶剂量由n01（mol）增加到n02（mol）过程的积分冲淡热Qd。
图6－8中曲线A点的切线斜率等于该浓度溶液的微分冲淡热。
切线在纵轴上的截距等于该浓度的微分溶解热。
由图6－8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。
图6－8 QS－n0关系图
图6－9 量热器及其电路图
1—直流伏特计；2—直流毫安表；3—直流稳压电源；4—测温部件；5—搅拌器；6—加样漏斗
（3）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，装置及电路图如图6－9所示，本实验测定KNO3在水中的溶解热，它是一个吸热过程，因此可用电热补偿法，即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。
式中：I为通过电阻为R的电热器的电流，A；U为电阻丝两端所加电压，V；t为通电时间，s。
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他三种热效应。
实验用品
仪器 实验装置（包括杜瓦瓶、搅拌器、加热器、测温部件、加样漏斗）；直流稳压电源；分析天平；台秤；直流毫安表；直流伏特计；秒表；称量瓶；干燥器；研钵等。
试剂 KNO3（化学纯）（研细，在110℃下烘干，保存于干燥器中）等。
实验步骤
（1）将8个称量瓶编号，在台秤上称量，依次加入在研钵中研细的KNO3，其质量分别为0.5g、1.5g、2.5g、3.0g、3.5g、4.0g、4.5g和5.0g，再用分析天平称出准确质量，称量后将称量瓶放入放入干燥器中待用。
（2）在分析天平上称取216.2g蒸馏水于杜瓦瓶内，调好贝克曼温度计，按图6－9连好线路。
（3）经教师检查无误后接通电源，调节稳压电源，使加热器功率约为2.5W，保持电流稳定，开动搅拌器进行搅拌，当水温慢慢上升到比室温水高出1.5℃时读取准确温度，按下秒表，开始计时，同时从加样漏斗处加入第一份样品，并将残留在漏斗上的少量KNO3全部掸入杜瓦瓶中，然后用塞子堵住加样口。记录电压和电流值，在实验过程中要一直搅拌液体，加入KNO3后，温度会很快下降，然后再慢慢上升，待上升至起始温度点时，记下时间（读准至秒，注意此时切勿把秒表按停），并立即加入第二份样品，按上述步骤继续测定，直至8份样品全部加完为止。
（4）测定完毕后，切断电源，打开量热计，检查KNO3是否溶完，如未全溶，则必须重做；如溶解完全，可将溶液倒入回收瓶中，将量热器等器皿洗净放回原处。
（5）用分析天平称量已倒出KNO3样品的空称量瓶，求出各次加入KNO3的准确质量。
实验结果与数据处理
（1）根据溶剂的质量和加入溶质的质量，求算n0。
（2）根据Q＝IUt公式计算各次溶解过程的热效应。
（3）按每次累积的浓度和累积的热量，求各浓度下溶液的n0和QS。
（4）将以上数据列表并作QS－n0图，并从图中求出n0＝80、100、200、300和400处的积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。
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）磁子的搅拌速度是实验成败的关键，磁子的转速不可过快。
（3）实验过程中切勿把秒表按停读数，直到最后方可停表。
（4）固体KNO3易吸水，故称量和加样动作应迅速。固体KNO3在实验前务必研磨成粉状，并在110℃下烘干。
（5）量热器的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量热器，以减少热损失。
思考题
（1）本实验装置是否适用于放热反应的热效应测量？
（2）根据测定溶解热的方法设计一个实验，求如下反应的反应热：
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