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EX5. 溶解熱. 49712006 黃意嵐 原理、目的、公式 49712014 林佳慧 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 (△ H slon ) 晶格能 (△ H latt ) 水 合 能 (△ H hyd ). 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 ) 。 - PowerPoint PPT Presentation
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49712006 黃意嵐 原理、目的、公式49712014 林佳慧 儀器、步驟、數據
EX5.溶解熱
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 。
SH
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。
)(21 定溫、定壓溶液 NN
2211 HNHNHH solu
( N1 為溶劑 、 N2 為溶質 )
)i( 的莫耳熱量為純成分iH
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
推導
2211 HNHNHH solu
對 N2 偏微分
2222
,,2,,211
HHHHN
H
N
H
NTP
solu
NTP
→
2222
,,2,,211
HHHHN
H
N
H
NTP
solu
NTP
=δQ/δN2
以 代入
1,,2
2
NTPN
HH
2H
→intHmH
dm
HdmH
m
Hm intint
int
dm
HdmH
m
Hm
N
HH
NTP
intint
int
,,2
2
1
改對 微分•因為 ΔHint 的斜率大致與 成正比
m
dm
md
md
dm
dm
HdmHH
int
int2
m
→
dm
md
md
HdmHH
int
int2
md
HdmHH int
int22
mm
dm
dm
dm
md
2
1
2
1212
1
可由 與 m 的關係,外插至 m=0 而求出intH 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。
引力斥力 斥力引力
引力斥力
離子 (M+ 、 X-) 間的距離 靜電吸引位能 互斥位能
Born-Lande靜電位能 : 庫倫定律
互斥位能 : 電子雲相互排斥
r
eZZE
0
2_
4
columbe 19106.1 11212
010854.8 Jmc
nr r
BE exponentBorn :
:
n
B 常數
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
00
2
4 r
eZANZE
NaCl
2
6
3
8
2
126 A
6
24
3
24
一莫耳氯化鈉晶體的庫倫能量為:
00
2
4.....
3
8
2
126
r
eZNZE
Born-Lande 方程式一莫耳晶格總能
rEEU
nr
NB
r
eZANZ
0
2
4
0
121
2
0
2
44 n
reZAZ
nN
r
r
eZANZB
nn
04
012
0
2
0
nr
NBn
r
eZANZ
dr
dUU
帶入 B 值公式
)4
(0
2
nr
NB
r
eZANZU
0
12
0
2
0 44 n
reZAZ
r
N
r
eZANZU
n
n
nr
eZANZU
11
40
2
0
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 :hydlattslon HHH
hydM HHH X
MX(s)
slonH
(aq)-
(aq) XM
lattH
lattH
(g)-
(g) XM
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
M
TTT ifC
L
能量計算溶解熱 莫耳積分溶解熱 (ΔHint)
無限稀釋下溶解熱 (Δ ) 溶質微分溶解熱 (Δ )晶格能水合能
H 2
H
lattH
hydH
溶解熱求法莫耳積分溶解熱 ΔHint =-Q/m
Q=e × Δ → e= / Δ 修正式 ( =m ’×[58.738+0.3433(25-T0.63R)] )無限稀釋下溶解熱 將 ΔHint 對 作圖,外插至 m=0 求得溶質微分溶解熱
(適用於強電解質在稀溶液時 )
T C Qe T C
Qe
m
md
HdmHH int
int22
0.1 0.11 0.12 0.13 0.14
-6000
-5000
-4000
-3000
-2000
-1000
0
f(x) = 994.80402174 x − 4662.79600572R² = 0.000936838294221309
m^0.5
△H
int
KCL 晶格能求法利用 Born-Lande方程式求得
其中 1.7476 ; N=6.02X1023; Z+,Z-=1
; r=280pm ; n=9
nr
eZNZU
11
4 00
2
0 A
A
19106.1 e 112120 10854.8 Jmc
水合能計算
hydH
M+(g)+X-
(g)MX(s)
M+(aq)+X-
(aq)
lattH
由 Hess 定律,可知
HslonH2
參考資料http://www.parrinst.com/http://chemlab.truman.edu/PChe
mLabs/維基百科 國立清華大學化學系 - 氯化鈉晶體的
格子能 論文