Transcript 微分溶解熱
溶解熱 組別:B5 組員:蔡凱評(49712046)-目的.原理.公式推導.實驗儀器 陳雅惠(49712044)-步驟.操作方式.作圖.數據處理 目的 • 測量簡單鹽(M+X-)之溶解熱 • 計算晶格能，並由BornHaber Cycle得水合能 • 區別微分溶解熱及積分溶解熱 原理 • 溶解熱 莫耳積分溶解熱ΔHint 微分溶解熱 • 晶格能 Born-Lande方程式 • 水合能 Born-Haber循環 溶解熱 • 在一定溫度及壓力下，一定質量的溶質溶解於溶 劑中產生的熱效應。 • 在等壓狀態下，溶解熱等同於焓值的變化，因此 也被稱為溶解焓。 • 莫耳溶解熱:等於一莫耳的溶質溶解在大體積的溶 劑時所發出或吸收的熱量。 較嚴謹說法則是積分溶解熱 積分溶解熱(integral heat of solution) • 一物質溶於其它物質而伴生吸熱或放熱的效應，稱為溶液 的積分溶解熱 • 所示於X點的ΔH，與mx的商，即表示1莫耳溶質溶解成一 特定濃度 (mx) 溶液時的熱含量變化 微分溶解熱(differential heat of solution) • 當溶劑量非常多時(稀薄)，不因加入溶質而致溶液 濃度有所變化，此斜率稱為濃度的微分溶解熱 (differential heat of solution)。 • 當m(濃度)小量改變 δm，就有熱含量改變δQ， 則微分溶解熱 δ Q/ δ N • 一般溶液稀薄時，其微分 溶解熱與積分溶解熱，均為 近似定值 N1(成份1) N2(成分 2) 溶液(定溫、定壓 ) 成分1為溶劑 ，成分2為溶質，因為H是狀態函數。 Hi 為純成分 i 的莫耳熱焓量 H H solu N1 H 1 N 2 H 2 溶液總熱焓量－溶劑在純狀態的熱含量－溶質在純狀態的熱含量 固定N1、T、P 對N2偏微分 H H solu H 2 H2 H 2 H 2 N 2 P ,T , N1 N 2 P ,T , N1 H H solu H 2 H2 H 2 H 2 N 2 P ,T , N1 N 2 P ,T , N1 H 2 與δQ/δN同義 ， ΔH=mΔHint 改 寫 成 以 H mHint 代入 H mH int dH int H 2 H int m m dm N 2 P ,T , N1 ΔHint的斜率大致與 ∴對 H 2 H int m成正比(強電解質in稀溶液) m微分 dH int dm d m m dm d m dm dH int d m H 2 H int m d m dm 1 2 d m dm 1 12 1 m dm dm 2 2 m H 2 H int 可由H m dH int 2 d m 與 m 的關係，外插至m=0而求出 int H 晶格能 • 它的成分離子（陰離子和陽離子）在氣態 時(無限遠)結合成1mole離子晶體時所放出 的能量 M (g) X (g) MX( s) • Born-Lande：考慮一對離子M+、X-相互距離 為r，由庫倫定律可知其靜電位能E 2 Z Ze E 4 r e 1.6 1019 columb 0 8.8541012 c2m1J 1 Ex: NaCl r 6 個Cl ions at r 12個Na ions at 2r 8 個Cl ions at 3r 2r 3r 12 8 Z Z e2 Z Z e2 E 6 ... A 4 0 r 2 3 4 0 r A 值可收斂，稱Madelung常數 (M.A) 互斥位能 • 離子距離很近時，電子雲斥力急速增加 B Er n r B = repulsion coefficent n = Born指數 1 mole的晶格總能U U total E Er 從斜率 dU / dr=0求出Born指數 再由Born指數代回得知最低能量U0 2 NZ Z e U0 A 4 0 r0 1 1 n 2 NZ Z e NB U E Er A n 4 0 r r 第一式 dU NZ Z e2 NB 0 A n n1 0 2 dr 4 0 r r Z Z e2 r n1 Z Z e2 r n1 B A A 2 n4 0 r n4 0 代回第一式 2 n 1 NZ Z e N Z Z er U0 A n A 4 0 r r n4 0 2 NZ Z e 1 U0 A 1 4 0 r n 2 水合能 H hyd • 由Hess定律可知: H slon Hlatt H hyd Hlatt MX(s) Born-Haber循環 H slon M+(g)+X-(g) H hyd M+(aq)+X-(aq) 藥品與儀器裝置 • PARR 1451 Solution Calorimeter • • • • • (附件：樣品室及底盤、玻璃棒、杜瓦瓶、槽蓋、 馬達 傳送帶、溫度感測棒) 量瓶(250mL) 吸量管(10mL) 量筒(100mL) HO OH THAM(tris-(hydroxymethyl)amino methane) H2N KCl HO solution calorimeter glass push rod 玻璃棒 thermistor probe 溫度感測棒 杜瓦瓶 glass dewar glass sample cell 樣品室 teflon sample dish 鐵氟龍製樣品小碟 實驗步驟 1. 打開卡計電源(主機左後方)，暖機15分鐘以 上。 2. 將THAM放置於底盤精稱0.5克，以透明玻 璃樣品室小心蓋上。 3. 組裝好卡計，自上方輕輕插入玻璃棒至底盤插座。 ※避免底盤被玻璃棒推出，可將底盤置於桌面。 4. 量取 0.1N HCl(aq)100ml，裝入杜瓦瓶，將杜 瓦瓶至入儀器中，並把溫度感測棒插入槽 蓋上的小孔中。 然後將槽蓋等裝置蓋好，裝上馬達傳送帶。 5. 由面板輸入： ＊ 101 ENTER 1 ENTER 【啟動旋轉樣品室機械裝置】 ＊ 250 ENTER 1 ENTER 【啟動校溫系統，每分鐘一次】 等10分鐘使系統溫度平衡 6.由面板輸入： CLEAR 0 ENTER 【停止自動校溫系統】 記錄溫度5分鐘，每10秒記錄一次 ( 面板每次顯示溫 度及間隔10秒 )。 7. 壓下玻璃棒使樣品室打開，此時THAM溶於 鹽酸水溶液中，再記錄溫度變化10分鐘， 每10秒記錄一次。 8. 記錄完後，由面板輸入： ＊ 101 ENTER 2 ENTER 【停止旋轉樣品室機械裝置】 9. 取出樣品室及杜瓦瓶清洗擦乾。 10. 以KCl取代THAM，而杜瓦瓶中改用100ml 蒸餾水， 重複步驟 2 ~ 9 。 KCl須測四組不同重量的數據，分別精稱0.08 、 0.16 、 0.24 、 0.32g。 數據處理一：讀取ΔTc L 自反應前後直線各 作一條沿長虛線。 Tf 在中間畫一條與兩垂線平行的 直線L，L與虛線交於兩點，長 度為R 。 M R 過T.63R作一垂線交上、 下虛線於Ti 、 Tf 。 => ΔTc為Tf － Ti。 ΔTc Ti 在0.63R處作一直線M與虛 線(紅)平行交於曲線T.63R。 在曲線的切點處做 垂直線。 數據處理二：能量計算 （1） Q=e ΔTc (Q:能量變化；e:能量當量；ΔTc:溫度差) 已知每克THAM溶於100ml，0.1N HCl中 (25℃)，會放出58.738卡熱量，由量得ΔTc， 可求出系統的e值。 ※實驗溫度不一定在25 ℃，Q值必須修正為 Qe m'[58.738 0.3433(25 T.63R )] (m’:THAM重量；0.3433(25-T.63R):修正項) （2） 實驗求得KCl的ΔTc，用Q=e ΔTc可求出個 別的Q值。 接著利用ΔHint=-Q/m求出莫耳溶解熱。 （3） 作 m 對ΔHint的圖，求出ΔH ∞ ，並試求出 其ΔH2 。 H 2 H int 可由H m dH int 2 d m 與 m 的關係，外插至m=0而求出 int H （4） 計算KCl晶格能ΔHlatt，並由Born-Haber cycle 求得水合能。 Hlatt MX(s) Born-Haber循環 H slon M+(g)+X-(g) H hyd M+(aq)+X-(aq) 參考資料 1. 維基百科,2011,溶解熱 http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%BA%B6%E8%A7%A3%E7%86%B1 2. 實驗六 溶解熱的測定 portal.elearning.tw/sys/lib/read_attach.php?id=4765 3. Inorganic chemistry third edition,無機課本6.13節 4. Worldlingo,tris http://www.worldlingo.com/ma/enwiki/zh_tw/Tris 5. BIPimages http://sq.search.bipmedia.com/image/6755+Solution+Calorimeter,6755/ 1#0 6. 徐子正,物理化學實驗,1999