燃燒熱的測定

1、燃燒熱的測定一、實驗?zāi)康?. 掌握氧彈量熱計的使用；用氧彈量熱計測定萘的燃燒熱；2. 明確燃燒熱的定義，了解恒壓燃燒熱與恒容燃燒熱的差別3. 學(xué)會雷諾圖解法校正溫度改變值實驗原理根據(jù)熱化學(xué)的定義，1 mol物質(zhì)完全氧化時的反應(yīng)熱稱作燃燒熱。所謂完全氧化，對燃燒產(chǎn)物有明確的規(guī)定。 譬如，有機化合物中的碳氧化成一氧化碳不能認為是完全氧化， 只有 氧化成二氧化碳才可認為是完全氧化。 燃燒熱的測定，除了有其實際應(yīng)用價值外， 還可 以用于求算化合物的生成熱、鍵能等。 量熱法是熱力學(xué)的一個基本實驗方法。 在恒容或恒壓條件下可以分別測得恒容燃燒熱Qv和恒壓燃燒熱Qp。由熱力學(xué)第一定律可知， Qv等于體系內(nèi)能

2、變化U ； Qp等于其焓變 H。若把參加反應(yīng)的氣體和反應(yīng)生成的氣體都作為理想氣體處理，則它們之間存在以下關(guān)系:H = U (pV)(5-1)QP 二 QV二n RT(5-2)R為氣體常數(shù)，T為反應(yīng)時式中，厶n為反應(yīng)前后反應(yīng)物和生成物中氣體的物質(zhì)的量之差,的熱力學(xué)溫度。熱量計的種類很多，本實驗所用氧彈熱量計是一種環(huán)境恒溫式的熱量計, 如圖5.1。氧彈熱量計的安裝如圖 5.2所示。圖5.3是氧彈剖面圖氧彈熱量計的基本原理是能量守恒定律。樣品完全燃燒所釋放的能量使得氧彈本身及其周圍的介質(zhì)和熱量計有關(guān)附件的溫度升高。測量介質(zhì)在燃燒前后溫度的變化值，就可求算該樣晶的恒容燃燒熱。其關(guān)系式如下：W樣 -Qv

3、 -l Qi =（W水C水 C計）：T（5-3）M式中，W樣和M分別為樣品的質(zhì)量和摩爾質(zhì)量，Qv為樣品的恒容燃燒熱，I和Qi是引燃用鐵絲的長度和單位長度燃燒熱，W水和C水是以水作為測量介質(zhì)時， 水的質(zhì)量和比熱容；10C所需的熱量； 為樣品燃燒前后C計稱為熱量計的水當(dāng)量，即除水之外，熱量計升咼 水溫的變化值。II圖5-1氧彈分析儀圖5-2氧彈熱量計安裝示意圖圖5-3氧彈剖面圖為了保證樣品安全燃燒， 氧彈中須充以高壓氧氣或其它氧化劑。封性能，耐高壓且耐腐蝕。 氧彈放在一個與室溫一致的恒溫套殼中。個拋光的擋板，以減少熱輻射和空氣的對流。因此氧彈應(yīng)有很好的密盛水桶與套殼之間有一圖5.4雷諾溫度校正圖實

4、際上，熱量計與周圍環(huán)境的熱交換無法完全避免，它對溫差測量值的影響可用雷諾(Reno Ids)溫度校正圖校正。具體方法為：稱取適量待測物質(zhì)，估計其燃燒后可使水溫上升1.52.0C。預(yù)先調(diào)節(jié)水溫低于室溫1.0C左右。按操作步驟進行測定，將燃燒前后觀察所得的一系列水溫和時間關(guān)系作圖。得一曲線如圖5.3。圖中H點意味著燃燒開始，熱傳入介質(zhì)；D點為觀察到的最高溫度值；從相當(dāng)于室溫的J點作水平線交曲線于I，過I點作垂線ab,再將FH線和GD線延長并交ab線于A、C兩點，其間的溫度差值即為經(jīng)過校正的。圖中AA為開始燃燒到溫度上升至室溫這一段時問Atl內(nèi)，由環(huán)境輻射和攪拌引進的能量所造成的升溫，故應(yīng)予扣除。C

5、C為由室溫升高到最高點 D這一段時間 At2內(nèi)，熱量計向環(huán)境的熱漏造成的溫度降低，計算時必須考慮在內(nèi)。故可認為，AC兩點的差值較客觀地表示了樣品燃燒引起的升溫數(shù)值。在某些情況下，熱量計的絕熱性能良好，熱漏很小，而攪拌器功率較大，不斷引進的能量使得曲線不出現(xiàn)極高溫度點，如圖5.5。校正方法相同。三、儀器與藥品SHR-15B燃燒熱實驗裝置，YCY-4充氧器，壓片機，氧氣鋼瓶、減壓閥，燃燒絲，萘， 苯甲酸，燒杯（1000mL），塑料桶，直尺，剪刀，萬用電表，案秤（10 kg），溫度計（050C）分析純苯甲酸（Qv = -26480 Jgi）燃燒絲（Ni Cr 絲，Qv=- 2.9 Jcm1）SHR-

6、15B燃燒熱實驗裝置說明:（一）面板示意圖圖5.6前面板示意圖圖5.7頂面板示意圖12111014圖5.6 （前面板示意圖）1、電源開關(guān)。2、 鎖定鍵鎖定選擇的基溫，按下此鍵，基溫自動鎖定，此時采零鍵不起作用，直至重新開機。正式實驗前請務(wù)必按下鎖定鍵。3、測量/保持鍵一一測量與保持功能之間的轉(zhuǎn)換。4、采零鍵一一用于消除儀表當(dāng)時的溫差值。5、增時鍵一一按下此鍵，可延長定時時間。6、減時鍵一一按下此鍵，可縮短定時時間。7、攪拌開關(guān)。8、點火按鍵按下此鍵，即可實現(xiàn)點火過程。9、指示燈一一燈亮，表明儀表處于相對應(yīng)的狀態(tài)。10、定時顯示窗口 一一顯示設(shè)定的間隔時間。11、溫度顯示窗口 一一顯示所測物的溫

7、度值。12、 溫差顯示窗口顯示溫差值。13、攪拌指示燈一一燈亮，表示攪拌處在工作狀態(tài)。14、點火指示燈平時不亮，接上燃燒絲后，此燈亮。按動點火鍵，開始點火，點火 完畢后此燈熄滅。15、外筒加水口16、攪拌電機17、筒蓋提手18、傳感器插孔19、手動攪拌圖5.8 （后面板示意圖）圖5.8后面板示意圖1傳感器插座一一將傳感器插頭插入此插座。2、RS232C串行口 一一計算機接口。3、 保險絲2A。4、電源線插座接220V電源。四、實驗步驟一、儀器預(yù)熱將量熱計及全部附件加以整理并洗凈，將量熱計與220V電源相接，開啟電源開關(guān),進行預(yù)熱。注：此時不要開啟攪拌開關(guān)。圖5.9氧彈結(jié)構(gòu)圖繪堆架二、測量水當(dāng)量

8、（1）樣品壓片在天平上粗稱 1.0g 左右苯甲酸，在壓片機中壓成片狀（不能壓太緊，太緊點火后不能充分 燃燒）。壓成片狀后，再在天平上準確稱重。（2）裝樣 旋開氧彈，把氧彈的彈頭放在彈頭架上，將樣品苯甲酸放入坩堝內(nèi)，把坩堝放在燃燒架上。 取一根燃燒絲測量其長度， 將燃燒絲中間繞成螺旋狀， 然后將燃燒絲兩端固定在兩根電極上， 中部貼緊樣品。 （注意：燃燒絲與坩堝壁不能相碰） 。在彈杯中注入 10ml 水，把彈頭放入彈 杯中，用手擰緊。（3）氧彈充氧 使用高壓鋼瓶必須嚴格遵守操作規(guī)則。開始先充入少量氧氣（減壓閥表指示約 0.5MPa ），然 后將氧彈中的氧氣放掉，借以趕出氧彈中的空氣。再向氧彈中充入

9、約 2Mpa 的氧氣。（4）調(diào)節(jié)水溫從外筒加水口 ,給量熱計外筒內(nèi)注滿水，用手動攪拌器稍加攪動。將傳感器插入加水口，測 其溫度，記錄其溫度值。 再用筒取適量自來水，測其溫度，如溫度偏高或相平則加冰調(diào)節(jié)水 溫使其低于外筒水溫 1 度左右。用容量瓶精取 3000ml 已調(diào)好的自來水注入內(nèi)筒，再將氧彈 放入，使水面剛好蓋過氧彈。如氧彈有氣泡逸出，說明氧彈漏氣，尋找原因并排除。將電極 線 1 和電極線 2 分別插在氧彈兩電極插孔里，此時點火指示燈亮，蓋上蓋子 （注意：攪拌器 不要與彈頭相碰） 。同時將傳感器插入內(nèi)筒水中。（5）點火 開啟攪拌開關(guān)，攪拌指示燈亮，進行攪拌。待水溫基本穩(wěn)定后，按 “采零”鍵

10、后再按 “鎖定 ” 鍵。然后將傳感器取出放入外筒水中,待溫度穩(wěn)定后，記錄其溫差值，再將傳感器插入內(nèi)筒水中，待溫度穩(wěn)定后，設(shè)置蜂鳴60秒一次，每隔60秒記錄一次溫差值（精確至 ）.002C）,直至連續(xù) 10 次水溫有規(guī)律微小變化。 設(shè)置蜂鳴 15秒一次， 按下“點火 ”按鈕。此時點火指示 燈滅，停頓一會點火指示燈又亮， 直到燃燒絲燒斷， 點火指示燈才滅。 氧彈內(nèi)樣品一經(jīng)燃燒， 水溫很快上升，點火成功。每隔15秒，記錄一次溫差值，直至兩次讀數(shù)差值小于0.005C,設(shè)置蜂鳴60秒一次，每隔60秒記錄一次溫差值 （精確至）.002C）,連續(xù)讀10個點，實驗結(jié) 束。若采用計算機數(shù)據(jù)實時采樣， 則在上述操

11、作同時點開燃燒熱數(shù)據(jù)采集及處理軟件界面，進行數(shù)據(jù)采集。實驗結(jié)束后保存數(shù)據(jù)并上傳至實驗中心網(wǎng)站。注意：水溫沒有上升，說明點火失敗，應(yīng)關(guān)閉電源，取出氧彈，放出氧氣，仔細檢查燃燒 絲及連接線，找出原因并排除。（ 6）校驗實驗停止后，關(guān)閉電源，將傳感器放入外筒。取出氧彈，放出氧彈內(nèi)的余氣。旋下氧彈蓋，測量燃燒后殘絲長度并檢查樣品燃燒情況。樣品沒完全燃燒，實驗失敗，須重做；反之，說明實驗成功。三、測量待測物稱取0.6克左右萘，同法進行上述實驗操作一次。五、數(shù)據(jù)記錄與處理1做苯甲酸和萘燃燒過程的雷諾校正溫度圖，分別確定兩者的溫度變化值。2、 計算儀器水當(dāng)量和萘的恒容燃燒焓Qv，并計算其恒壓燃燒焓 Qp。3

12、、根據(jù)儀器精度，分析實驗誤差。六、思考題1固體樣品為什么要壓成片狀？壓片太緊太松對實驗結(jié)果是否有影響？2、你認為本實驗最關(guān)鍵的一步是什么？參考文獻1 天津大學(xué)物理化學(xué)教研室編，物理化學(xué)，第三版，上冊，北京，高等教育出版社，1992，972 復(fù)旦大學(xué)編，物理化學(xué)實驗，第二版，北京，高等教育出版社，1993，433 D. P. Shoemaker,C. W. Garla nd, J. W. Nibler, Experime nts in Physical Chemistry, 5thedn ,New York, McGraw-Hill Book Compa ny, 1989, 1614 北京大學(xué)化學(xué)系物理化學(xué)教