實驗名稱 冰之比潛熱
實驗類別 2
實驗者名稱 林焯基、黃振輝、談偉航
實驗目的 測量冰之比潛熱(並從而比較以電腦及人手進行實驗的分別)
實驗原理
反應
實驗儀器 燒杯(250ml)2個、量筒(100ml)1個、玻棒1枝、膠杯(保麗龍)2隻
實驗藥品 碎冰(約800克)、暖水(約60°C)1升
實驗步驟

一. 電腦進行實驗:

首先,先校定溫度傳感器的溫度標準,以一杯已知其溫度的冰水及杯暖水來告知傳感器某兩個電壓相應那兩個溫度。因為傳感器是以電壓為縱座標,溫度為橫座標構成一圖表,確定某兩個電壓所相應的兩個的溫度後,便能確定電壓與溫度的關係(即以兩點確定一直線),這樣便能以電壓測定溫度(即找出直線上的某一點)。校定溫度後,便能測定當時狀況下的冰及水的溫度。

Part 1

1.先加碎冰(約50克)於膠杯中(以保麗龍膠杯裝冰,以防進行實驗時溫度有所流失)。

2.以溫度傳感器測量碎冰的溫度 -- 約 3°C

3.預備暖水,並測量其溫度 -- 約40°C

4.加30ml暖水於杯中並搞拌混合液,測量其溫度 -- 約10°C

5.再加30ml暖水於杯中,直至所有冰塊完全溶解,觀察這期間的溫度變化。在冰塊未完全溶解時,溫度徘徊在10~12°C之間,變化不大。但部分冰塊溶解後,溫度上升至18°C,但之後卻稍微下降,徘徊在14~17°C。每次加水後溫度便有所上升,但之後卻又稍為下降,徘徊在15~19°C。在所有冰塊溶解後,溫度上升至約21°C。

6.觀察冰塊溶解混合液之溫度變化 -- 一直維持在21°C。

(有關溫度之詳細變化請看下表)

時間(秒) 溫度(°C)
1 3
15 11
30 10.5
45 15
60 17
75 13.5
90 19
105 18.5
120 18.5
135 18
150 21
165 21
180 21

Part 2

1.加100ml(記為V1)暖水於膠杯中(以保麗龍膠杯裝水,以防進行實驗時溫度有所流失),並插入溫度傳感器(離杯底約1cm以防受外界溫度影響)。

2.測量水的溫度(當溫度達至最高點時,記錄下來,記為T1)。

3.確定水溫後,加入碎冰於水中。並搞拌混合液。

4.一直加冰塊於水中,直到水溫達至約0°C(此時溫度不再下降),移開未溶的冰塊。

5.搞拌液體,當溫度達至最低點時,將之記錄為T2 -- 1.5°C

6.此時以量筒測量水的體積,記錄為V2 -- 約為163ml

7.計算冰之比潛熱:(冰溶解後水所增加之質量即為溶解了的冰之質量,然後再測定冰溶解前後液體的溫度,計算其溫度差,以這些數據進行計算)

公式:
q(熔冰之熱量) = Cp * m(水) * (T1-T2)
q1(熔解每克冰之熱量) = q / m
q2(熔解每mol冰之熱量) = q / m * 18 = q1 * 18
T1 - T2 = 47.7 - 1.5 = 46.2°C
m(冰) = 水增加的質量 = (V2 - V1) * 1g/ml = 63g
q = Cp * m(水) * (T1-T2) = 4.18 * 100 * 46.2 = 19331.2J
q1 = q / m = 306.9J/g
q2 = q / m * 18 = q1 * 18 = 5.523kJ/mol(此為本實驗之所求)
誤差 = |(6.01 - q2) / 6.01| * 100% = 8.1%
(6.01kJ/mol為標準之冰之比潛熱)

二. 人手進行實驗:

Part 1

1.先加碎冰(約50克)於膠杯中(以保麗龍膠杯裝冰,以防進行實驗時溫度有所流失)。

2.以溫度計測量碎冰的溫度 -- 約3°C

3.預備暖水,並測量其溫度 -- 約40°C

4.加30ml暖水於杯中並搞拌混合液,測量其溫度 -- 約10°C

5.再加30ml暖水於杯中,直至所有冰塊完全溶解,觀察這期間的溫度變化。在冰塊未完全溶解時,溫度徘徊在10~14°C之間,變化不大。但部分冰塊溶解後,溫度上升至18°C,但之後卻稍微下降,徘徊在16~18°C。在所有冰塊溶解後,溫度上升至約24°C。

6.觀察冰塊溶解混合液之溫度變化 -- 一直維持在24°C。

時間(秒) 溫度(°C)
1 3
15 10
30 11
45 14
60 14
75 18
90 16
105 17
120 18
135 20
150 20
165 24
180 24

Part 2

1.加100ml(記為V1)暖水於膠杯中(以保麗龍膠杯裝水,以防進行實驗時溫度有所流失),並插入溫度計(離杯底約1 cm,以防受外界溫度影響)。

2.測量水的溫度(當溫度達至最高點時,記錄下來,記為T1)。

3.確定水溫後,加入碎冰於水中。並搞拌混合液。

4.一直加冰塊於水中,直到水溫達至約0°C(此時溫度不再下降),移開未溶的冰塊。

5.搞拌液體,當溫度達至最低點時,將之記錄為T2 -- 2°C

6.此時以量筒測量水的體積,記錄為V2 -- 約為162ml

7.計算冰之比潛熱:(冰溶解後水所增加之質量即為溶解了的冰之質量,然後再測定冰溶解前後液體的溫度,計算其溫度差,以這些數據進行計算)

公式:
q(熔冰之熱量) = Cp * m(水) * (T1-T2)
q1(熔解每克冰之熱量) = q / m
q2(熔解每mol冰之熱量) = q / m * 18 = q1 * 18
T1 - T2 = 46 - 2 = 44°C
m(冰) = 水增加的質量 = (V2 - V1) * 1g/ml = 62g
q(熔冰之熱量) = Cp * 100g * (T2-T1) = 18392J
q1(熔解每克冰之熱量) = q / m = 296.6J/g
q2(熔解每mol冰之熱量) = q / m * 18 = q1 * 18 = 5.340kJ/mol
誤差 = |(6.01 - q2) / 6.01| * 100% = 11.15%
(誤差比電腦進行的為大)

從而說明以電腦進行實驗的結果較

實驗結果 冰塊在溶解時,溫度變化不大,但完全溶解後,卻快速上升至 室溫,說明冰塊溶解時,水之熱量被吸收來溶解冰塊,而不是 使溫度上升。
實驗討論 n/a
注意事項 從以上的實驗結果之比較,可發現以電腦進行實驗效果較佳。
其原因在於:
1.溫度計較易受外界溫度影響,不及傳感器準確。
2.肉眼觀測所得的數據不準確。固以電腦所進行的實驗效果較佳。