Transcript EX5.溶解熱

EX5.溶解熱
49712006黃意嵐
49712014林佳慧
原理、目的、公式
儀器、步驟、數據
目的




測量簡單鹽(M+X-)之溶解熱
微分溶解熱
積分溶解熱
計算晶格能，並由Born-Haber Cycle求得水合能
原理
溶解熱(△Hslon)
晶格能
(△Hlatt)
水合能(△Hhyd)
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。
通常所稱的是以大量之溶劑溶解微量溶
質所伴生的熱含量變化(視溫度及溶液
濃度而定)。
溶質的量為1莫耳時的溶解熱叫做莫耳
溶解熱。
積分溶解熱
 一般溶解程序中所伴生的吸熱或放熱的效
應
 等溫等壓下，由某一濃度加入1mole溶質使
濃度改變產生的熱效應 。
H S
微分溶解熱
 非常大量溶劑的狀態(稀薄溶液)，並不會因
為加入微量溶質而造成溶劑濃度的變化。
 在保持濃度不變的條件下，大量溶液溶解 1
莫耳溶質的熱效應。
推導
N1  N 2  溶液(定溫、定壓 )
( N1為溶劑 、 N2為溶質)


H  H solu  N1 H 1  N 2 H 2

( H i 為純成分i的莫耳熱量)
熱焓量的變化 = 溶液總熱焓量減去溶劑和
溶質在純狀態所擁有的熱焓量


H  H solu  N1 H 1  N 2 H 2
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  H 2  H 2  H 2



 N 2  P,T , N1  N 2  P,T , N1
H2
=δQ/δN2
H 2
 H 


 N 2  P ,T , N1
以 H  mH int 代入
mH int 
dH int

 H int  m
m
dm
 H 
 mH int 
dH int
H 2  

 H int  m

m
dm
 N 2  P ,T , N1
•因為ΔHint的斜率大致與 m 成正比
改對 m 微分
 H 2  H int
dH int dm d m
m


dm
d m dm
dH 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
m dH int


2
d m
可由 H int 與 m 的關係，外插至m=0而求出 H 
晶格能
 由相互遠離的氣態離子或分子形成1
莫耳化合
物晶體時所釋放出的能量。
 破壞1莫耳晶體，使它變成完全分離的自由離
子所需要消耗的能量。
→晶格能越大，表示離子鍵越強，晶體越穩
定。

離子(M+、X-)間的距離
靜電吸引位能
互斥位能
斥力  引力
斥力  引力
引力  斥力
Born-Lande
 靜電位能:庫倫定律

_
Z Z e
E
4 0 r
2
e  1.6 10 columb
  8.85410 c m J
19
12
0
 互斥位能:電子雲相互排斥
B
Er  n
r
B : 常數
n : Born exponent
2
1
1
Madelung constant
 在一個晶體內，其中一個離子的總電勢能
 電荷之間的相互作用力（庫侖力）大小與兩個電
荷的相對位置有關
 一莫耳晶體，即含有Avegadro(N)單位離子對的庫
倫能量為


ANZ Z e
E
4 0 r0
2
NaCl
12
8
6
A  6


2
3 2
24 24


3
6
一莫耳氯化鈉晶體的庫倫能量為：

 2


12
8
NZ Z e
E  6 

..... 
2
3  4 0 r0

Born-Lande方程式
一莫耳晶格總能
U  E  Er
ANZ  Z  e 2
NB

 n
4 0 r
r
dU
ANZ  Z  e 2
NB
U0 
0
 n n1  0
2
dr
4 0 r
r


2
n 1


2
ANZ Z e r
AZ Z e r
B


2
4 0 r
nN
n 4 0
n 1
ANZ  Z  e 2 NB
(U 
 n )
4 0 r
r
帶入B值公式
 AZ  Z  e 2 r n1 

  

n
4

0


ANZ Z e  1 
U 
1 

4 r  n 
ANZ  Z  e 2 N
U0 
 n
4 0 r
r


0
0
2
水合能
 物質與水做結合，被水包覆，形成鍵結所釋放出
來得能量。
 離子的外側接合水分子，使穩定離子離開晶體而
損失的晶格能。
Hess定律: H
 H latt  H hyd
slon
M

(g)
X
(g)
H latt
H M  H X  H hyd
H latt
M
H
slon
MX(s)

(aq)
X
(aq)
實驗儀器 熱卡計
樣品室、底盤、玻璃棒、杜瓦瓶、槽蓋、馬達傳送帶、溫度感測棒
實驗藥品

THAM

KCl
實驗步驟
打開電源，熱機15分鐘
 取0.5克的THAM
 蓋上槽蓋，螺絲轉緊，不會掉落即可
※切勿過緊造成玻璃破裂


由中央插入玻璃棒到底盤插座
※切勿壓出底盤

取0.1N HCI溶液100毫升，倒入杜瓦瓶中

裝上馬達傳送帶
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】
↓
10分鐘使溫度平衡
↓
CLEAR 0 ENTER
【停止自動校溫系統】
↓
每10秒記錄一次，共5分鐘
( 面板上每10秒顯示一次溫度)



壓下玻璃棒使樣品室打開
※動作迅速，勿使樣品槽旋轉受阻
記錄溫度變化10分鐘
每10秒記錄一次
由面板輸入：
101 ENTER 2 ENTER
【停止旋轉樣品室機械裝置】
 取出樣品室、杜瓦瓶清洗並擦乾
 以KCl取代THAM，杜瓦瓶中改用100ml 蒸
餾水，重複以上步驟
※KCl須測四組不同重量之數據：
包含0.08 、 0.16 、 0.24 、 0.32g

圖形處理
利用已知數據，做出溫度VS時間的圖形
 讀取△T C
L

T C  T f  T i
M
能量計算
溶解熱
莫耳積分溶解熱(ΔHint)
無限稀釋下溶解熱(Δ H )
溶質微分溶解熱(Δ H )
 晶格能 Hlatt
 水合能 H hyd

2
0
-1000 0.1
△Hint
溶解熱求法
-2000
-3000
-4000
0.11
0.12
0.13
y = 994.8x - 4662.8
R² = 0.0009
-5000
-6000
m^0.5
莫耳積分溶解熱 ΔHint =-Q/m
Q/ Δ T C
Q=e × Δ T→
C e=
修正式 ( Q e =m ’×[58.738+0.3433(25-T0.63R)] )
 無限稀釋下溶解熱
m
將ΔHint 對
作圖，外插至m=0求得
 溶質微分溶解熱

e
 H 2  H int 
m dH int

2
d m
(適用於強電解質在稀溶液時)
0.14
KCL晶格能求法

利用Born-Lande方程式求得

 2
NZ Z e  1 
U0  A
1

4 0 r0  n 

其中 A 1.7476
; N=6.02X1023; Z+,Z-=1

;
19
12 2 1 1
e

1
.
6

10


8
.
854

10
cm J

r=280pm ; n=9
0

水合能計算
由Hess定律，可知
MX(s)
Hlatt
M+
+X-(g)
(g)
H hyd
M+ +X(aq)
H slon   H 2
(aq)
參考資料
http://www.parrinst.com/
 http://chemlab.truman.edu/PChemLabs/
 維基百科
 國立清華大學化學系- 氯化鈉晶體的格
子能 論文
