組別:B5 組員:蔡凱評( )-目的.原理.公式推導.實驗儀器 陳雅惠( )-步驟.操作方式.作圖.數據處理

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1 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
實驗五 溶解熱 組別:B5 組員:蔡凱評( )-目的.原理.公式推導.實驗儀器 陳雅惠( )-步驟.操作方式.作圖.數據處理

2 目的 測量簡單鹽(M+X-)之溶解熱 計算晶格能,並由Born-Haber Cycle得水合能 區別微分溶解熱及積分溶解熱

3 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

4 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

5 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

6 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

7 成分1為溶劑 ,成分2為溶質,因為H是狀態函數。
為純成分 i 的莫耳熱焓量 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

8 與δQ/δN同義 , ΔH=mΔHint 改寫成 以 代入 ΔHint的斜率大致與 成正比(強電解質in稀溶液) ∴對 微分

9 可由 與 m 的關係,外插至m=0而求出

10 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

11 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

12 A 值可收斂,稱Madelung常數 (M.A)
Ex:NaCl 6 個Cl ions at r 12個Na ions at 8 個Cl ions at A 值可收斂,稱Madelung常數 (M.A)

13 互斥位能 離子距離很近時,電子雲斥力急速增加 B = repulsion coefficent n = Born指數

14 1 mole的晶格總能U 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

15 第一式 代回第一式

16 水合能 由Hess定律可知: MX(s) M+(g)+X-(g) M+(aq)+X-(aq) Born-Haber循環

17 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) THAM(tris-(hydroxymethyl)amino methane) KCl

18 solution calorimeter glass push rod glass sample cell glass dewar
teflon sample dish thermistor probe 鐵氟龍製樣品小碟 溫度感測棒 杜瓦瓶 樣品室 玻璃棒

19 實驗步驟 1. 打開卡計電源(主機左後方),暖機15分鐘以上。

20 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。

21 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。

22 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。

23 然後將槽蓋等裝置蓋好,裝上馬達傳送帶。

24 5. 由面板輸入: * 101 ENTER 1 ENTER 【啟動旋轉樣品室機械裝置】
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 )。

25 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。

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27 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
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。

28 數據處理一:讀取ΔTc 自反應前後直線各作一條沿長虛線。 在0.63R處作一直線M與虛線(紅)平行交於曲線T.63R。
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 在0.63R處作一直線M與虛線(紅)平行交於曲線T.63R。 過T.63R作一垂線交上、下虛線於Ti 、 Tf 。 => ΔTc為Tf - Ti。 ΔTc 在曲線的切點處做垂直線。 Ti

29 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 (m’:THAM重量;0.3433(25-T.63R):修正項)

30 (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。

31 (3) 作 對ΔHint的圖,求出ΔH ∞ ,並試求出 其ΔH2 。
可由 與 m 的關係,外插至m=0而求出

32 MX(s) M+(g)+X-(g) M+(aq)+X-(aq)
(4) 計算KCl晶格能ΔHlatt,並由Born-Haber cycle求得水合能。 MX(s) M+(g)+X-(g) M+(aq)+X-(aq) Born-Haber循環

33 參考資料 1. 維基百科,2011,溶解熱 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 5. BIPimages 6. 徐子正,物理化學實驗,1999


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