物化实验 溶解热的测定和电导法测定醋酸的电离常数

一、目的

1、了解电热补偿法测定热效应的基本原理及仪器使用。

2、测定硝酸钾在水中的积分溶解热，并用作图法求得其微分稀释热、积分稀释热和微分溶解热。

3、初步了解计算机采集处理实验数据、控制化学实验的方法和途径。

二、基本原理

1、物质溶解于溶剂过程的热效应称为溶解热。它有积分（或变浓）溶解热和微分（或定浓）溶解热两种。前者是1 mol溶质溶解在n0 mol溶剂中时所产生的热效应，以Qs表示。后者是1 mol溶质溶解在无限量某一定浓度溶液中时所产生的热效应，即Qs。 nT,p,n0溶剂加到溶液中使之稀释时所产生的热效应称为稀释热。它也有积分（或变浓）稀释热和微分（或定浓）稀释热两种。前者是把原含1 mol溶质和n01 mol溶剂的溶液稀释到含溶剂n02 mol时所产生的热效应，以Qd表示，显然，Qd = Qs，n02 – Qs，n01。后者是1 mol溶剂加到无限量某一定浓度溶液中时所产生的热效应，即Qs。 n0T,p,n2、积分溶解热由实验直接测定，其它三种热效应则需通过作图来求：

设纯溶剂、纯溶质的摩尔焓分别为H*m，A和H*m，B，一定浓度溶液中溶剂和溶质的偏摩尔焓分别为Hm，A和Hm，B，若由nA mol溶剂和nB mol溶质混合形成溶液，则

混合前的总焓为 H = nAH*m，A + nBH*m，B 混合后的总焓为 H΄ = nAHm，A + nBHm，B

此混合（即溶解）过程的焓变为 ΔH = H΄ – H = nA（Hm，A – H*m，A）+ nB（Hm，B – H*m，B） = nAΔHm，A + nBΔHm，B

根据定义，ΔHm，A即为该浓度溶液的微分稀释热，ΔHm，B即为该浓度溶液的微分溶解热，积分溶解热则为： QsHnAHm,AHnBnBm,Bn0Hm,AH ,mB故在Qs ~ n0图上，某点切线的斜率即为该浓度溶液的微分稀释热，截距即为该浓度溶液的

微分溶解热。如图所示：

Qs B 对A点处的溶液，其 A E 积分溶解热Qs = AF 微分稀释热 = AD/CD C D 微分溶解热 = OC

从n01到n02的积分稀释热Qd = BG – AF = BE F G O n01 n02 n0 3、本实验系统可视为绝热，硝酸钾在水中溶解是吸热过程，故系统温度下降，通过电加热法使系统恢复至起始温度，根据所耗电能求得其溶解热：Q = IVt = I2Rt 。本实验数据的采集和处理均由计算机自动完成。

三、仪器和试剂

量热计（包括杜瓦瓶、电加热器、磁力搅拌器）1套，反应热数据采集接口装置1台，精密稳流电源1台，计算机1台，打印机1台，电子天平1台，台天平1台；硝酸钾（A.R.）约25.5g，蒸馏水216.2g。

四、操作步骤

1、按照仪器说明书正确安装连接实验装置，如图。

2、在电子天平上依次称取八份质量分别 1 约为2.5、1.5、2.5、3.0、3.5、4.0、4.0、4.5 g 的硝酸钾（应预先研磨并烘干），记下准确数 据并编号。

数据采集接口装置 3、在台天平上称取216.2 g蒸馏水于杜瓦 2 3 4 及精密稳流电源 瓶内。

4、打开数据采集接口装置电源，温度探 ∞ 头置于空气中预热3 min，电加热器置于盛有

☉ ¤ 计算机及打印机 自来水的小烧杯中。

开关 搅速旋钮 5、打开计算机，运行“SV溶解热”程序，

磁力搅拌器 点击“开始实验”，并根据提示一步步完成实 1.加样口；2.杜瓦瓶；3.电加热器；4.温度传感器 验（先是测当前室温，此时可打开恒流源及搅

拌器电源，调节搅拌速度，调节恒流源电流，

使加热器功率在2.25 ~ 2.30 W之间，然后将加热器及温度探头移至已装好蒸馏水的杜瓦瓶 中，按回车，开始测水温，等水温升至比室温高0.5℃时按提示及时加入第一份样品，并根 据提示依次加完八份样品。实验完成后，退出，进入“数据处理”，输入水及八份样品的质 量，点击“按当前数据处理”，打印结果）。

五、数据记录和处理（本实验数据处理由计算机自动完成）

1、 记录水的质量、八份硝酸钾样品的质量及相应的通电时间。 2、 计算n（H2O）。

3、 计算每次加入硝酸钾后的累计质量m（KNO3）和累计通电时间t 。 4、 计算每次溶解过程中的热效应Q：Q = IVt = I2Rt

5、 将算出的Q值进行换算，求出当把1 mol硝酸钾溶于n0 mol水中时的积分溶解热 Qs：QsQnKNO3I2Rt101.1I2Rt mKNO3/MKNO3mKNO3 n0nH2OnKNO3

6、将以上数据列表并作Qs ~ n0图，从图中求出n0 = 80，100，200，300，400处的积

分溶解热、微分稀释热、微分溶解热，以及n0从80→100，100→200，200→300，300→400的积分稀释热。

六、注意事项

1、 仪器要先预热，以保证系统的稳定性。在实验过程中要求I、V也即加热功率保持稳定。

2、 加样要及时并注意不要碰到杜瓦瓶，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，也要防止样品加得太慢，可用小勺帮助样品从漏斗加入。搅拌速度要适宜，不要太快，以免磁子碰损电加热器、温度探头或杜瓦瓶，但也不能太慢，以免因水的传热性差而导致Qs值偏低，甚至使Qs ~ n0图变形。样品要先研细，以确保其充分溶解，实验结束后，杜瓦瓶中不应有未溶解的硝酸钾固体。

3、 电加热丝不可从其玻璃套管中往外拉，以免功率不稳甚至短路。

4、 配套软件还不够完善，不能在实验过程中随意点击按钮（如不能点击“最小化”）。 5、 先称好蒸馏水和前两份KNO3样品，后几份KNO3样品可边做边称。

七、思考讨论

1、 本实验装置是否适用于放热反应的热效应的测定？

2、 设计由测定溶解热的方法求 CaCl2(s) + 6H2O(l) = CaCl2∙6H2O(s) 的反应热。

3、 实验开始时系统的设定温度比环境温度高0.5℃是为了系统在实验过程中能更接近绝热条件，减少热损耗。

4、 本实验装置还可用来测定液体的热容，水化热，生成热及液态有机物的混合热等。 5、 如无磁力搅拌器，亦可用长短两支滴管插入液体中，不断地鼓泡来代替。

实验二 电导的测定及其应用

一、目的

1、 了解溶液的电导、电导率和摩尔电导率的概念。

2、 测量弱电解质溶液的摩尔电导率，并计算其电离度和电离常数。 3、 掌握电导率仪的使用方法。

二、基本原理

电解质溶液是靠正、负离子的迁移来传递电流的。在弱电解质溶液中，只有已电离部分才能承担传递电量的任务。在无限稀溶液中可认为弱电解质已全部电离，此时，溶液的摩尔电导率为极限摩尔电导率Λ∞m ，它可由离子极限摩尔电导率相加而得到。

一定浓度下的摩尔电导率Λ m与无限稀溶液的摩尔电导率Λ∞m是有区别的。这由两个因素造成：一是电解质溶液的不完全离解，二是离子间存在着相互作用力。故Λ m又称为表观摩尔电导率。

m(UU) m(UU)m m若UU，UU，则

式中，为电离度。

1 ׃ 1型弱电解质在溶液中电离达到平衡时，电离平衡常数K c，浓度c（以mol·dm –3 为

c2单位），电离度有如下关系： Kc

1根据离子独立移动定律，Λ∞m可以从离子的极限摩尔电导率计算出来，Λ m则可以从电导率的测定求得，从而求得电离度及电离平衡常数K c 。

三、仪器和试剂

DDS-11A（T）型电导率仪1台，恒温槽1套；0.1000 mol·dm –3醋酸溶液。

四、操作步骤

1、 调整恒温槽温度为25.0 ± 0.3℃。

2、 用洗净、烘干的乂形管1支，加入20 mL、0.1000 mol·dm –3的醋酸溶液，测定其电导率。

3、 用吸取醋酸的移液管从电导池中吸出10 mL溶液弃去，用另一支移液管取10 mL电导水注入电导池，混合均匀，等温度恒定后，测其电导率。如此操作，共稀释4次。

4、 倒去醋酸，洗净电导池，最后用电导水淋洗。注入20 mL电导水，测其电导率。

五、数据记录和处理

1、 记录各浓度醋酸溶液的电导率及电导水的电导率。

2、 已知298.15 K时，无限稀溶液中离子的极限摩尔电导率Λ∞m（H+）= 0.034982 Ω –1 · m 2 · mol –1 ，Λ∞m（Ac–）= 0.00409 Ω –1 · m 2 · mol –1 ，计算醋酸的Λ∞m 。

3、 计算各浓度醋酸的摩尔电导率Λ m、电离度及电离平衡常数K c 。

六、注意事项

1、 本实验配制溶液时，均需用电导水。

2、 温度对电导有较大影响，所以整个实验必须在同一温度下进行。每次用电导水稀释溶液时，需温度相同，故可预先把电导水装入锥形瓶，置于恒温槽中恒温。

七、思考讨论

1、 本实验为何要测水的电导率？

2、 实验中为何用镀铂黑电极？使用时应注意什么？ 3、 温度升高一度，电导平均增加1.9%，即 GtG25C11.3 t251004、 普通蒸馏水中常溶有CO2和氨等杂质而存在一定电导，故实验所测的电导值是欲

测电解质和水的电导的总和。作电导实验时需纯度较高的水，称为电导水。其制备方法，通常是在蒸馏水中加入少许高锰酸钾，用石英或硬质玻璃蒸馏器再蒸馏一次。

5、 铂电极镀铂黑的目的在于减少极化现象，且增加电极表面积，使测定电导时有较高灵敏度。铂黑电极不用时，应保存在蒸馏水中，不可使之干燥。