測定冰的熔解熱

1、實(shí)驗(yàn)名稱 測定冰的熔解熱一、前言物質(zhì)從固相轉(zhuǎn)變?yōu)橐合嗟南嘧冞^程稱為熔解。一定壓強(qiáng)下晶體開始熔解時(shí)的溫度稱為該晶體在此壓強(qiáng)下的熔點(diǎn)。對(duì)于晶體而言，熔解是組成物質(zhì)的粒子由規(guī)則排列向不規(guī)則排列的過程，破壞晶體的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)需要能量，因此，晶體在熔解過程中雖吸收能量，但其溫度卻保持不變。物質(zhì)的某種晶體熔解成為同溫度的液體所吸收的能量，叫做該晶體的熔解潛熱。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 學(xué)習(xí)用混合量熱法測定冰的熔解熱。2、 應(yīng)用有物態(tài)變化時(shí)的熱交換定律來計(jì)算冰的溶解熱。3、 了解一種粗略修正散熱的方法抵償法。 三、教學(xué)重、難點(diǎn)1、 正確選擇測量溫度的方法和時(shí)機(jī)。2、 嚴(yán)格按操作要求取用冰塊和使用量熱器。四、實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)

2、驗(yàn)用混合量熱法測定冰的熔解熱。其基本做法如下：把待測系統(tǒng) A 和一個(gè)已知熱容的系統(tǒng) B 混合起來，并設(shè)法使它們形成一個(gè)與外界沒有熱量交換的孤立系統(tǒng) C（C=A+B）.這樣 A（或 B）所放出的熱量，全部為 B(或 A)所吸收。因?yàn)橐阎獰崛莸南到y(tǒng)在實(shí)驗(yàn)過程中所傳遞的熱量 Q，是可以由其溫度的改變 T 和熱容 C 計(jì)算出來，即 Q = CT ，因此待測系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)過程中所傳遞的熱量也就知道了。實(shí)驗(yàn)時(shí)，量熱器裝有熱水（約高于室溫10，占內(nèi)筒容積1/2），然后放入適量冰塊，冰溶解后混合系統(tǒng)將達(dá)到熱平衡。此過程中，原實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)放熱，設(shè)為 Q放 ，冰吸熱溶成水，繼續(xù)吸熱使系統(tǒng)達(dá)到熱平衡溫度，設(shè)吸收的總熱量為

3、Q吸。因?yàn)槭枪铝⑾到y(tǒng)，則有Q放= Q吸 （1） 設(shè)混合前實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的溫度為T1，其中熱水質(zhì)量為m1（比熱容為c1），內(nèi)筒的質(zhì)量為m2（比熱容為c2），攪拌器的質(zhì)量為m3（比熱容為c3）。冰的質(zhì)量為 M（冰的溫度和冰的熔點(diǎn)均認(rèn)為是0，設(shè)為T0），數(shù)字溫度計(jì)浸入水中的部分放出的熱量忽略不計(jì)。設(shè)混合后系統(tǒng)達(dá)到熱平衡的溫度為T（此時(shí)應(yīng)低于室溫10左右），冰的溶解熱由L表示，根據(jù)（1）式有 ML+M c1（T- T0）=（m1 c1+ m2 c2+ m3 c3）（T1- T）TT'因Tr=0，所以冰的溶解熱為：KT1T1'J （2）綜上所述，保持實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為孤立系統(tǒng)是混合量熱法所要求的基本實(shí)

4、驗(yàn)條件。為此整個(gè)實(shí)驗(yàn)在量熱器內(nèi)進(jìn)行，但由于實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不可能與環(huán)境溫度始終一致，因此不滿足絕熱條件，可能會(huì)吸收或散失能量。所以當(dāng)實(shí)驗(yàn)過程中系統(tǒng)與外界的熱量交換不能忽略時(shí)，就必須作一定的散熱修正。牛頓冷卻定律告訴我們，系統(tǒng)的溫度Ts 如果略高于環(huán)境溫度（如兩者的溫度差不超過 10-15），系統(tǒng)熱量的散熱速率與溫度差成正比，用數(shù)學(xué)形式表示為【K為常數(shù)，與量熱器表面積，表面情況和周圍環(huán)境等因素有關(guān)】【散熱修正】：通過作圖用外推法可得到混合時(shí)刻的熱水溫度T1'，和熱平衡的溫度T'。圖中AB和DE分別表示熱水的溫度和冰水混合后系統(tǒng)達(dá)到熱平衡的溫度隨時(shí)間變化線段。紀(jì)錄冰水混合后系統(tǒng)達(dá)到室溫T0

5、的時(shí)刻t0，圖中面積BCG與系統(tǒng)向環(huán)境散熱量有關(guān)，面積CDH與系統(tǒng)自環(huán)境吸熱量有關(guān)。當(dāng)面積BCG等于面積CDH時(shí)，過t0作t軸的垂線，與AB和DE的延長線分別交于J、K點(diǎn)，則J對(duì)應(yīng)的溫度為T1'，K對(duì)應(yīng)的溫度為T'。(隔15s或20s測一個(gè)點(diǎn))五、實(shí)驗(yàn)儀器DM-T數(shù)字溫度計(jì)、LH-1量熱器、WL-1物理天平、保溫瓶、秒表、毛巾等。六、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、將內(nèi)筒擦干凈，用天平稱出其質(zhì)量m2。（攪拌器質(zhì)量m3數(shù)據(jù)已提供）2、內(nèi)筒中裝入適量的水（約高于室溫10，占內(nèi)筒容積1/2），用天平稱得內(nèi)筒和水的質(zhì)量m2+m1。3、將內(nèi)筒置于量熱器中，蓋好蓋子，插好攪拌器和溫度計(jì)，開始計(jì)時(shí)并輕輕上

6、下攪動(dòng)量熱器中的水，觀察熱水的溫度變化（如每隔15s記錄一個(gè)數(shù)據(jù)），直到溫度穩(wěn)定，記錄穩(wěn)定的初始溫度T1。4、初始溫度記錄后馬上從冰箱中取出預(yù)先備好的冰塊（3-6塊），用毛巾將冰上所沾水珠吸干，小心的放入量熱器中。5、用攪拌器輕輕上下攪動(dòng)量熱器中的水，記錄溫度隨時(shí)間的變化，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)最低溫T()時(shí)，說明冰塊完全溶解系統(tǒng)基本達(dá)到熱平衡，再記錄回升溫度2-3個(gè)點(diǎn)。6、將內(nèi)筒拿出，用天平稱出內(nèi)筒和水的質(zhì)量m2+m1+M。7、實(shí)驗(yàn)完畢，整理儀器，處理數(shù)據(jù)。七、數(shù)據(jù)表格及數(shù)據(jù)處理【已知參數(shù)】：水的比熱容c1=4.186×103J/kg·，內(nèi)筒(鐵)的比熱容為c2=0.448×

7、;103J/kg·，攪拌器 (銅)的比熱容為c3=0.38×103J/kg·，攪拌器的質(zhì)量為m3=6.24g，冰的溶解熱參考值L=3.335×105J/kg。表格一 實(shí)驗(yàn)主表格名稱內(nèi)筒質(zhì)量內(nèi)筒+水質(zhì)量加冰后總質(zhì)量初始溫度平衡溫度環(huán)境溫度冰的溫度符號(hào)單位m2(g)m2+m1(g)m2+m1+M(g)T1()T()環(huán)()T0()數(shù)值表格二 溫度隨時(shí)間變化數(shù)據(jù)表格（時(shí)間間隔 s，記錄10-20個(gè)點(diǎn)）時(shí)間溫度()時(shí)間溫度()根據(jù)公式計(jì)算熔解熱以及相對(duì)于參考值的百分比誤差。八、注意事項(xiàng)1室溫應(yīng)取實(shí)驗(yàn)前、后的平均值；水的初溫，可高出室溫約10 15 ；配置溫水時(shí)，又

8、應(yīng)略高于 約1 2 （為什么？）2嚴(yán)守天平的操作規(guī)則。3投冰前應(yīng)將其拭干，且不得直接用手觸摸；其質(zhì)量不能直接放在天平盤上稱衡，而應(yīng)由投冰前、后量熱器連同水的質(zhì)量差求得。4為使溫度計(jì)示值確實(shí)代表系統(tǒng)的真實(shí)溫度，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中（包括讀取前）要不斷輕輕地進(jìn)行攪拌（攪拌的方式應(yīng)因攪拌器的形狀而異）。5攪拌動(dòng)作要輕，幅度不要太大，以免將水濺到量熱筒外。九、實(shí)驗(yàn)思考題1冰塊投入量熱器內(nèi)筒時(shí)，若冰塊外面附有水，將對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有何影響（只需定性說明）？2整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中為什么要不停地輕輕攪拌？分別說明投冰前后攪拌的作用。十、實(shí)驗(yàn)后記1混合量熱法所要求的基本實(shí)驗(yàn)條件是什么？本實(shí)驗(yàn)是如何得到滿足的？2本實(shí)驗(yàn)中的“熱力學(xué)系統(tǒng)”是由哪些組成的？量熱器內(nèi)筒、外筒、溫度計(jì)、攪拌器等都屬于該熱力學(xué)系統(tǒng)嗎？3冰塊投入量熱器之前應(yīng)做好哪些準(zhǔn)備工作？投冰時(shí)應(yīng)注意什么？6怎樣由系統(tǒng)溫度的變化推斷冰已全部溶解？末溫是如何確定的？7哪些因素會(huì)影響測量的準(zhǔn)確性？實(shí)驗(yàn)中應(yīng)怎樣注意？8試定性說明下述情況給 的測量結(jié)果帶