Transcript 實驗五溶解熱
實驗五 溶解熱 49812053 鄂海萍 原理，儀器裝置 49812056 王念慈 目的，原理 49812072 陳坤隆 實驗步驟，數據處理 目的 • + 測量M X 之溶解熱 • 計算晶格能，由Born-Haber Cycle得水合能 • 區別積分溶解熱 微分溶解熱 原理 • 1.溶解熱 • 2.晶格能 • 3.水合能 溶解熱 •溶質溶解在大體積的溶劑時所放出或吸收 的熱量 •莫爾積分溶解熱ΔHint:等溫等壓下，1 mol 溶質A溶於足夠溶劑S中，形成濃度為m的溶 液，所產生的溶解熱(熱焓變化量) m→0，ΔHint→ΔH∞ ΔH∞:無限稀釋下的溶解熱 微分溶解熱 • 當溶劑量非常多時(稀薄)，不應加入溶質而致溶液 濃度有所變化(就是m值改變極微δm) • δQ /δN (δQ →熱焓量改變)稱為濃度的微分溶解熱 成分1為溶劑 ，成分2為溶質 因為H是狀態函數 H H solu N1 H1 N 2 H 2 H i 為純成分 i 的莫耳熱焓量 • 固定N1，T，P，對N2微分 H H solu - H 2 H 2 H 2 H 2 N 2 P ,T ,N1 N 2 P ,T ,N1 • H2為溶質在溶劑中的部分莫耳熱焓量(Partial molar enthalpy) H 2 =δQ/δN2 ΔH=mΔHint 代入 H mH int dH int H 2 H int m m dm N 2 P ,T ,N1 • 在定量溶劑(例如1000g水)中橫座標為溶質莫 耳數，縱座標為熱量變化(ΔQ)， 曲線之終點 即為飽和溶液。圖中曲線切點(dΔQ/dm) 為 該濃度下溶解1莫耳溶質所產生之熱焓量變 化。 ΔQ ----------- ---------- m ΔHint的斜率大致與 m 成正比(強電解質in稀溶液) ∴對 m微分 H 2 Hint dHint dm d m m dm d m dm H 2 Hint dHint d m m dm d m 1 2 d m dm 1 12 1 m dm dm 2 2 m H 2 H int m dH int 2 d m 可知ΔHint與m的關係，外插至m=0即可求出ΔH∞ 晶格能 • 定義：氣態離子由無限遠至形成晶體所放 出的能量 • M+(g)+X-(g)→MX(s) • 離子半徑越大、電荷越小，晶格能越小。 • 晶格能通常不能直接測出，可通過BornHaber Cycle計算出。 靜電位能：庫侖定律 2 Z Z e E 4 0 r • 例如：NaCl r M+ X- e 1.6 1019 columb 0 8.8541012 Fm1 Cl 12 8 Z Z e2 AZ Z e2 E 6 ..... 4 0 r 2 3 4 0 r 原式改寫 Na Madelung常數 Madelung常數 • 查表得知，不同晶體的Madelung常數不同 • 與其晶體結構有關 • 每個晶體A值不同，都會收斂，皆為Madelung常數 • 例：NaCl 12 8 A 6 .... =1.74 2 3 • 互斥位能：電子雲互相排斥 B Er n r • B : 比例常數 n : Born 指數 Born 指數：1.與離子構型有關 2.不同晶體的Born指數不同 3.實驗推得 Born-Lande equation • 推導： ANZ Z e 2 NB n U E Er 4 0 r r avogadro’s constant dU ANZ Z e 2 NB U0 0 n n1 0 2 dr 4 0 r r ANZ Z e2 r n1 AZ Z e2 r n1 B (代回原式U) 2 4 0 r nN n4 0 • 代入B值： ANZ Z e 2 N AZ Z e 2 r n 1 U0 n 4 0 r 0 r n4 0 ANZ Z e2 1 U 0 1 4 0 r0 n 水合能 • 定義：一個離子的外側會接合幾個水分子，而穩 定離子在離開晶體而損失的晶格能，這種 穩定離子的能量稱為水合能 •大小決定因素：離子的電荷密度 Ex. 離子半徑愈小，電荷數愈多，水合能愈大 Born-Haber Cycle • Hess 定律： H slon Hlatt H hyd MX(s) ΔHlatt + M (g)+X (g) ΔHhyd ΔHslon + M (aq)+X (aq) 儀器介紹 熱 卡 計 杜 耳 瓶 $30000 玻璃棒 溫度感測棒 槽蓋 樣品室 馬達輸送帶 4.實驗步驟: • 1.打開電源，暖機15分鐘。 • 2.精秤0.5g THAM放入樣品室，小心的將玻璃樣 品室蓋上。 • 3.自上方蓋上槽蓋，將螺絲轉緊 *勿過緊造成玻璃破裂 從上方放入玻璃棒到底盤插座 *勿壓出底盤以免玻璃棒被擠出。 4.取0.1N HCl 100ml，放入杜瓦瓶，將其放入 儀器中，蓋好槽蓋套上馬達帶。 5.從面板輸入 101 ENTER 1 ENTER，啟動旋 轉樣品室機械裝置，250 ENTER 1 ENTER 啟動自動校溫裝置，等待10分鐘。 6.從面板輸入 CLEAR 0 ENTER 停止自動校溫 系統 記錄溫度5分鐘10秒一次。 7.壓下玻璃棒打開樣品室，為了不使樣品槽 旋轉受阻動作要迅速，THAM溶解於鹽酸中 記錄溫度變化10分鐘每10秒1次。 8.記錄完後，輸入 101 ENTER 2 ENTER 停 止旋轉樣品室機械裝置。 9.取出樣品室和杜瓦瓶清洗。 10.用KCl取代THAM，杜瓦瓶中用100ml蒸餾 水，重複2~9，側四組不同的KCl，分別是 0.08、0.16、0.24、0.32g。 5.數據處理: L Tf 自反應直線各作一延長線 延長線跟曲線的切 點做垂直線 在0.63R作一平行 延長線的直線M M R 作一與M垂直並 交Tf、Ti的直線ΔTc 0.63R ∴ ΔTc=Tf -Ti Ti 2.能量計算 1. Q:能量變化 ΔTc:溫度差 e:能量當量 Q=eΔTc • 每克THAM溶於100ml，0.1N HCl 25°C中，放出58.738卡 的熱量，由測得ΔTc，得出e值，實驗時溫度不一定在25°C ，Q值由以下式子修正: • Qe=m'[58.738+0.3433(25-T0.63R)] THAM重 得出系統e值 (Q/ΔTc) 修正項 m 參考資料 • http://www.cyut.edu.tw/~wjchien/pchemlab/lab 2_sol.pdf • http://zh.wikipedia.org/zhtw/%E6%BA%B6%E8%A7%A3%E7%86%B1