计算电解质水溶液导热系数新方法

时间：2026-01-23

计算电解质水溶液导热系数新方法

王克强,孙献忠

(洛阳师范学院化学系,河南洛阳　471022)

摘要:根据电解质水溶液导热系数的变化规律,发展了一种计算不同温度下电解质水溶液导热系数的普适方法,该方法不仅适用于稀溶液,而且适用于浓溶液,同时适用于高浓度的强酸和强碱溶液。对51种电解质355个数据点的计算结果表明,导热系数计算值与文献推荐值的一致性令人满意,平均误差3.87%,计算精度优于文献方法。

关键词:导热系数;电解质溶液;计算方法

中图分类号:O642.16　　　文献标识码:A　　　文章编号:1005-9954(2002)01-0060-03

　　导热系数是化工设计中常用的物性数据之一。多年来,国内外许多研究者从不同角度探讨了导热系数的计算问题。Riedel方法[1—6]是应用较广的计算电解质水溶液导热系数的方法,该方法适用于稀电解质溶液;童景山等

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水溶液导热系数的过程中需要电解质的导热系数。

根据式(1),对于电解质水溶液,当电解质的质量分数We趋于1时,电解质水溶液的导热系数趋于λe,即λe=limλm,对于液体电解质,λe等于电解质的W※1

提出一种计算电解质(稀)

导热系数,但对于固体电解质,由于电解质水溶液为液态,而电解质为固体,两者状态不同,λe不一定等于电解质的导热系数,且λe难以直接测定,因为大部分固体电解质在水中的溶解度是有限的。显然,电解质的λe与电解质的特性和温度有关,我们可用电解质水溶液导热系数实验数据拟合得到λe,结果表明:将λe作为电解质和温度的函数,拟合结果的平均误差在1.5%以内;若将λe作为仅与电解质特性有关而与温度无关的量,则拟合结果的平均误差在2.5%以内。尽管上述处理方法的计算结果比较可靠,但用于计算电解质水溶液的导热系数时,必须首先解决λe的计算问题,因而难以对电解质水溶液的导热系数进行预测。为得到计算电解质水溶液导热系数的普适方法,我们进行一定的近似处理。根据拟合得到λe,我们发现,尽管λe与电解质的特性和温度有关,但λe的变化幅度不大,故可将λe作为常数处理。因此,电解质水溶液的导热系数满足λm

-2/3

水溶液导热系数的方法,该方法根据水的密度和导热系数及电解质水溶液的密度和质量浓度计算导热系数,但由于计算式中的参数为电解质的特性常数,难以用于预测电解质水溶液导热系数;王福安等

[7]

提出一种计算液体混合物导热系数的群论模型,可用于电解质水溶液导热系数的计算,但由于方程中的参数与混合物体系有关,难以预测电解质水溶液的导热系数。因此,有必要发展一种计算电解质水溶液导热系数的新方法。本文根据液体结构的特点,在前文[8]工作的基础上,从理论上探讨混合液体导热系数与液体组成的关系,提出一种计算电解质水溶液导热系数的普适方法。1　基本原理和方法

根据前文[8]的研究结果,液体混合物的导热系数满足

-2/3

λ=m

-2/3

Wii∑λ

+∑

∑BijWiWj

j>i

(1)

式中,Wi为组分i的质量分数,λi为组分i的导热系数,Bij是与混合物中组分i和组分j导热系数有关的常数。从理论上而言,式(1)同样适用于电解质水溶液导热系数的计算,由式(1)可知,在计算电解质

=λHOWHO+∑λeWei+∑∑BijWiWj

j>i

-2/3-2/3

(2)

式中λH2O和WH2O分别为水的导热系数和水的质量分数,λe和Wei分别为电解质的导热系数和质量分

　作者简介:王克强(1957—),洛阳师范学院副教授,主要从事化学热力学和有机化合物结构性能定量关系(QSPR)的研究。

We0.000.300.000.300.000.300.100.400.200.500.200.100.100.100.400.200.500.200.000.300.100.100.400.200.200.100.100.400.200.500.200.500.200.500.200.100.400.100.000.300.100.400.100.400.100.400.200.500.20

λexp)λcal)m(m(598.54

583.44617.14595.06598.54645.03579.95503.24555.54452.10534.62589.25603.19584.60528.81566.00497.43583.44598.54568.33588.08592.73543.92584.60571.81595.06575.30483.48549.73435.83566.00507.89582.27509.05546.24572.98459.08582.27598.54560.19589.25549.73578.79495.11582.27514.86559.03462.56575.30

598.54

537.07617.14547.84598.54537.07586.38503.44565.36466.47565.36586.38602.50586.38503.44565.36466.47565.36598.54537.07586.38586.38503.44565.36565.36602.50586.38503.44565.36466.47565.36466.47565.36466.47565.36586.38503.44586.38598.54537.07586.38503.44586.38503.44586.38503.44565.36466.47565.36

E/%0.00

-7.950.00-7.940.00-16.741.110.041.773.185.75-0.49-0.110.30-4.80-0.11-6.22-3.100.00-5.50-0.29-1.07-7.44-3.29-1.131.251.934.132.847.03-0.11-8.16-2.90-8.373.502.349.660.700.00-4.13-0.49-8.421.311.680.70-2.221.130.84-1.73

数,Wi为组分i质量分数。对于仅含一种电解质的水溶液,式(2)可化为

-2/3

λm

电解质KOH

KOHKOHKOHNaOHNaOHNaBrNaBrNaINaINaAcNaClNaClNa2CO3Na2CO3NaCl4NaCl4NaNO2NaNO3NaNO3NaBrO3Na2S2O3Na2S2O3Na2Cr2O7

KFKClKBrKBrKIKIKNO2KNO2K2CO3K2CO3MgCl2MgBr2MgBr2Mg(NO3)2

CaCl2

CaCl2Ca(NO3)2Ca(NO3)2CaBr2CaBr2BaBr2BaBr2BaI2BaI2SbCl3

温度/℃20203030202020202020202030202020202020202020202020302020202020202020202020202020202020202020202020

-2/3λH2OWH2O

-2/3

+λWee