實(shí)驗(yàn)一 燃燒熱測定

1、 II基本實(shí)驗(yàn)2.1熱力學(xué)部分實(shí)驗(yàn)一燃燒熱測定1目的要求學(xué)會(huì)用氧彈熱量計(jì)測定有機(jī)物燃燒熱的方法。明確燃燒熱的定義，了解恒壓燃燒熱與恒容燃燒熱的差別。掌握用雷諾法和公式法校正溫差的兩種方法。掌握壓片技術(shù)，熟悉高壓鋼瓶的使用方法。學(xué)會(huì)用精密電子溫差測量儀測定溫度的改變值。2基本原理有機(jī)物的燃燒焓H0是指1摩爾的有機(jī)物在po時(shí)完全燃燒所放出的熱量，通常稱燃燒cm熱。燃燒產(chǎn)物指定該化合物中C變?yōu)镃O2(g)，H變?yōu)镠2O(l)，S變?yōu)镾O2(g)，N變?yōu)镹2(g),Cl變?yōu)镠Cl(aq),金屬都成為游離狀態(tài)。燃燒熱的測定，除了有其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值外，還可用來求算化合物的生成熱、化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱和鍵能等。量

2、熱方法是熱力學(xué)的一個(gè)基本實(shí)驗(yàn)方法。熱量有Qp和Qv之分。用氧彈熱量計(jì)測得的是恒容燃燒熱Qv；從手冊(cè)上查到的燃燒熱數(shù)值都是在298.15K，101.325kPa條件下，即標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓，屬于恒壓燃燒熱Qp。由熱力學(xué)第一定律可知，在不做其它功的條件下，Qv=UQp=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=/+(PV)Qp=&+nRT式中，n為反應(yīng)前后生成物和反應(yīng)物中氣體的物質(zhì)的量之差；R為氣體常數(shù)；T為反應(yīng)的熱力學(xué)溫度(量熱計(jì)的外桶溫度，環(huán)境溫度)。在本實(shí)驗(yàn)中，設(shè)有m克物質(zhì)在氧彈中燃燒，可使W克水及量熱器本身由片升高到T2，令C代表量熱器的熱容，Qv為

3、該有機(jī)物的恒容摩爾燃燒熱，貝V：IQvI=(C+W)(T2-T)M/m式中，M為該有機(jī)物的摩爾質(zhì)量。該有機(jī)物的燃燒熱則為：H=H=Q=Q+nRTcmrmpv=-M（C+WX-Ti）/%+nRT由上式，我們可先用已知燃燒熱值的苯甲酸，求出量熱體系的總熱容量C+W）后，再用相同方法對(duì)其它物質(zhì)進(jìn)行測定，測出溫升T=T2-T,代入上式，即可求得其燃燒熱。3儀器試劑氧彈熱量計(jì)1套；容量瓶(1000mL,500mL)各氧氣鋼瓶1個(gè)；苯甲酸（分析純）氧氣減壓閥1個(gè)；萘（分析純）萬用電表1個(gè)；直尺1把壓片機(jī)1臺(tái)；剪刀1把引燃專用絲4實(shí)驗(yàn)步驟說明：氧彈熱量計(jì)有不同型號(hào)，使用方法不完全相同。具體型號(hào)在教師指導(dǎo)下，

4、根據(jù)儀器說明書先了解使用方法。一般步驟如下：（1）測定熱量計(jì)的水當(dāng)量（即總熱容量）壓片用電子臺(tái)秤預(yù)稱取0.9gl.lg的苯甲酸，在壓片機(jī)上壓成圓片。樣片壓得太緊，點(diǎn)火時(shí)不易全部燃燒；壓得太松，樣品容易脫落。將壓片制成的樣品放在干凈的濾紙上，小心除掉有污染和易脫落部分，然后在電子分析天平上精確稱量。裝氧彈a截取20cm的鎳鉻燃燒絲，在直徑約3mm的玻璃棒上，將其中段繞成螺旋形5圈6圈。b將氧彈蓋取下放在專用的彈頭座上，用濾紙擦凈電極及不銹鋼坩堝。先放好坩堝，然后用鑷子將樣品放在坩堝正中央。將準(zhǔn)備好的燃燒絲兩端固定在電極上，并將螺旋部分緊貼在樣品的上表面，然后小心旋緊氧彈蓋。用萬用表檢查兩電極間的

5、電阻值，一般不應(yīng)大于20Q。充氧氣（在教師指導(dǎo)下進(jìn)行）檢查氧氣鋼瓶上的減壓閥，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)使其處于松開狀態(tài)（松開即是關(guān)閉減壓閥），再打開（逆時(shí)針）氧氣鋼瓶上的總開關(guān)。然后輕輕擰緊減壓閥螺桿（擰緊即是打開減壓閥），使氧氣緩慢進(jìn)入氧彈內(nèi)。待減壓閥上的減壓表壓力指到1.8MPa2.0MPa之間時(shí)停止，使氧彈和鋼瓶之間的氣路斷開。充氣完畢關(guān)閉（順時(shí)針）氧氣鋼瓶總開關(guān)，并擰松壓閥螺桿。安裝熱量計(jì)：熱量計(jì)包括外筒、攪拌馬達(dá)、內(nèi)筒和控制面板等。先放好內(nèi)筒，調(diào)整好攪拌，注意不要碰壁。將氧彈放在內(nèi)筒正中央，接好點(diǎn)火插頭，加入3000mL水。安裝完畢。再次用萬用表檢查電路是否暢通。數(shù)據(jù)測量：打開攪拌，待溫度基本穩(wěn)定

6、后開始記錄數(shù)據(jù)，整個(gè)數(shù)據(jù)記錄分為三個(gè)階段：a初期：這是樣品燃燒以前的階段。在這一階段觀測和記錄周圍環(huán)境和量熱體系在試驗(yàn)開始溫度下的熱交換關(guān)系。每隔1分鐘讀取溫度1次，共讀取6次。b主期：從點(diǎn)火開始至傳熱平衡稱為主期。在讀取初期最末1次數(shù)值的同時(shí)，按下點(diǎn)火開關(guān)即進(jìn)入主期。此時(shí)每0.5min讀取溫度1次，直到溫度不再上升而開始下降的第1次溫度為止。c末期：這一階段的目的與初期相同，是觀察在試驗(yàn)后期的熱交換關(guān)系。此階段仍是每0.5min讀取溫度1次，直至溫度停止下降為止(約共讀取10次)。若外桶溫度高于內(nèi)桶溫度，則溫度會(huì)一直上升。停止觀測溫度后，從熱量計(jì)中取出氧彈，緩緩旋開放氣閥，在5min左右放盡

7、氣體，擰開并取下氧彈蓋，氧彈中如有煙黑或未燃盡的試樣殘余，試驗(yàn)失敗，應(yīng)重做。實(shí)驗(yàn)結(jié)束，用干布將氧彈內(nèi)外表面和彈蓋擦凈，最好用熱風(fēng)將彈蓋及零件吹干或風(fēng)干。萘的燃燒熱的測定：稱取0.8g1g萘，用同樣的方法進(jìn)行測定。5數(shù)據(jù)處理將燃燒前后觀察所得的一系列水溫和時(shí)間關(guān)系作(1)用雷諾法校正溫差。具體方法為:1外桶溫度低于內(nèi)桶溫度圖,2外桶溫度高于內(nèi)桶溫度圖2.1.1雷諾法校正溫差在圖圖2.1.11中，H點(diǎn)意味著燃燒開始，熱傳入介質(zhì)；D點(diǎn)為觀察到的最高溫度值；從相當(dāng)于室溫的J點(diǎn)作水平線交曲線與I,過!點(diǎn)作垂線ab，再將FH線和GD線延長并交ab線于A、C兩點(diǎn)，其間的溫度差值即為經(jīng)過校正的T。圖中2.1.

8、1AA為開始燃燒到溫度上升至室溫這一段時(shí)間內(nèi)，由環(huán)境輻射和攪拌引進(jìn)的能量所造成的升溫，故應(yīng)予扣除。CC為由室溫升到最高點(diǎn)D這一段時(shí)間內(nèi)，熱量計(jì)向環(huán)境的熱漏造成的溫度降低，計(jì)算時(shí)必須考慮在內(nèi)，故可認(rèn)為，AC兩點(diǎn)的差值較客觀地表示了樣品燃燒引起的升溫?cái)?shù)值。在某些情況下，熱量計(jì)的絕熱性能良好，熱漏很小，而攪拌器功率較大，不斷引進(jìn)的能量使得曲線不出現(xiàn)極高溫度點(diǎn)，如圖2.1.1中2所示。校正方法相似。用公式法校正溫差：量結(jié)果按下列公式計(jì)算：K=(Qa+gb)/(T-T。)+t式中K量熱體系的熱容量；Q苯甲酸的熱值(Jg-i)；a苯甲酸的重量(g);g燃燒絲的熱值(jg-i)；b實(shí)際消耗的引火絲重量(g)

9、;T直接觀測到的主期的最終溫度；T0直接觀測到的主期的最初溫度；t熱量計(jì)熱交換校正值。熱量計(jì)熱交換校正值t,用奔特公式計(jì)算：t=m(v+v1)/2+v1r式中：v初期溫度變率；V末期溫度變率；m主期中每0.5min溫度上升不小于0.3C的間隔數(shù)，第一間隔不管溫度升高多少度都計(jì)入m中；r在主期每半分鐘溫度上升小于0.3C的間隔數(shù)；記錄及計(jì)算示例：室溫：22.3C；外筒溫度：22.5C；內(nèi)筒溫度：21.8C；苯甲酸熱值：26465Jg-i初期主期末期00.848)11.09012.86021.93022.8590.84932.390m=332.85842.61042.8570.85052.7225

10、2.85662.78262.8550.85172.81772.85482.83782.8530.85292.849y=1292.852102.856102.8510.853點(diǎn)火112.8602.8612.8622.862152.861v=(0.848-0.853)/10=-0.0005v1=(2.861-2.851)/10=0.001t=(-0.0005+0.001)x3/2+0.001x12=0.01275a=1.1071ggb=33.44JK=(26465x1.107+33.44)/(2.861-0.853+0.01275)=14515JC1萘的燃燒熱按下列公式計(jì)算：Qv=(T-T+At)

11、K-gB/G；Qv用氧彈熱量計(jì)測得的恒容燃燒熱(Jg1)；G樣品萘的質(zhì)量(g)；其余符號(hào)的意義同前。引火絲燃燒值：鎳鉻絲為-3242Jg-1或1.4Jcm-1；鐵絲為-6694Jg1或2.9Jcm-1,苯甲酸燃燒熱為-26460Jg-1作苯甲酸和萘燃燒的雷諾溫度校正后，由AT計(jì)算體系的熱容量和萘的恒容燃燒熱Qv，并計(jì)算其恒壓燃燒熱Qp；再用公式法計(jì)算體系的熱容量和萘的恒容燃燒熱Qv,并計(jì)算其恒壓燃燒熱Qp。并分別比較測定結(jié)果的相對(duì)百分誤差。(5)文獻(xiàn)值恒壓燃燒焓kcaLmol-1kJmol-1Jg1測定條件苯甲酸-3226.87-3226.9-26410p0,20C萘-5153.85-5153.8-40205p0,20C6注意事項(xiàng)試樣在氧彈中燃燒產(chǎn)生的壓力可達(dá)14MPa。因此在使用后應(yīng)將氧彈內(nèi)部擦干凈，以免引起彈壁腐蝕，減少其強(qiáng)度。氧彈、量熱容器、攪拌器在使用完畢后，應(yīng)用干布擦去水跡，保持表面清潔干燥氧氣遇油脂會(huì)爆炸。因此氧氣減壓器、氧彈以及氧