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1、实验四燃烧热的测定 一 目的要求 1 掌握燃烧热的定义 了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别及相互关系 2 熟悉量热计中主要部件的原理和作用 掌握氧弹热量计技术 3 用氧弹量热计测定苯甲酸和萘的燃烧热 4 学会雷诺法图解法校正温差的方法 基本原理 1 燃烧与量热根据热化学的定义 1mol物质完全氧化时的反应热称作燃烧热 燃烧热的测定 除了有其实际应用价值外 还可用来求算化合物的生成热 化学反应的反应热和键能等 量热法是热力学的一个基本实验方法 热量有Qp和Qv之分 用氧弹热量计测得的是恒容燃烧热Qv 从手册上查到的燃烧热数值都是在298 15K 101 325kPa条件下 即标准摩尔燃烧焓 属于恒
2、压燃烧热Qp 由热力学第一定律可知 Qv U Qp H 若把参加反应的气体和反应生成的气体都作为理想气体处理 则它们之间存在以下关系 H U PV Qp Qv nRT式中 n为反应前后反应物和生成物中气体的物质的量之差 R为气体常数 T为反应的热力学温度 实验装置 环境恒温式的量热计 氧弹量热计测量装置示意图氧弹剖面图 2 氧弹热量计氧弹量热计的基本原理是能量守恒定律 样品完全燃烧后所释放的能量使得氧弹本身及其周围的介质和量热计有关附件的温度升高 则测量介质在燃烧前后体系温度的变化值 就可以求算该样品的恒容燃烧热 其关系式如下 式中m样和M分别为样品的质量和摩尔质量 QV为样品的恒容燃烧热 m
3、Fe和Qfe是引燃用铁丝的长度和单位长度燃烧热 m水和C水是以水作为测量介质时 水的质量和比热容 C计称为热量计的水当量 即除水之外 热量计升高1 所需的热量 T为样品燃烧前后水温的变化值 为了保证样品完全燃烧 氧弹中须充以高压氧气或其他氧化剂 因此氧弹应有很好的密封性能 耐高压且耐腐蚀 氧弹应放在一个与室温一致的恒温套壳中 盛水桶与套壳之间有一个高度抛光的挡板 以减少热辐射和空气的对流 3 雷诺温度校正图热量计与周围环境的热交换对温度测量值的影响可用雷诺 Renolds 温度校正图校正 具体方法为 称取适量待测物质 估计其燃烧后可使水温上升1 5 2 0 预先调节水温使其低于室温1 0 左右
4、 按操作步骤进行测定 将燃烧前后观察所得的一系列水温和时间关系作图 可得如图4 3所示的曲线 图中H点意味着燃烧开始 热传入介质 D点为观察到的最高温度值 从相当于室温的J点作水平线交曲线于I 过I点作垂线ab 再将FH线和GD线分别延长并交ab线于A C两点 其间的温度差值即为经过校正的 T 图中AA 为开始燃烧到体系温度上升至室温这一段时间 tl内 由环境辐射和搅拌引进的能量所造成的升温 故应予以扣除 CC 是由室温升高到最高点D这一段时间 t2内 热量计向环境的热漏造成的温度降低 计算时必须考虑在内 故可认为AC两点的差值较客观地表示了样品燃烧引起的升温数值 在某些情况下 热量计的绝热性
5、能良好 热漏很小 而搅拌器功率较大 不断引进的能量使得曲线不出现极高温度点 如图4 4所示 其校正方法与前述相似 图4 3绝热稍差情况下的雷诺校正图图4 4绝热良好情况下的雷诺校正图 实验步骤 1 测定热量计的水当量压片 称取0 65 0 75g的苯甲酸 在压片机上压成圆片 精确称量圆片的质量 装氧弹 将准备好的燃烧丝两端固定在电极上 并将螺旋部分紧贴在样品的上表面 然后小心旋紧氧弹盖 用万用表检查两电极间的电阻值 一般不应大于20 充氧气 将氧气钢瓶上的充气管和氧弹相连接 用扳手轻轻拧紧 检查氧气钢瓶上的减压阀 使其处于关闭状态 再打开氧气钢瓶上的总开关 然后轻轻打开减压阀螺杆 使氧气缓慢进
6、入氧弹内 待减压阀上的减压表压力指到1 8MPa 2 0MPa之间时停止 充气完毕关闭氧气钢瓶总开关 并关闭减压阀螺杆 放置氧弹 放好内筒 注意不要碰壁 将氧弹放在内筒正中央 接好点火插头 加入3000mL自来水 盖上桶盖 插入精密电子温差测量仪上的测温探头 注意既不要和氧弹接触 又不要和内筒壁接触 数据测量打开搅拌 稳定后打开精密电子温差测量仪 监视内筒温度 待温度基本稳定后开始记录数据 整个数据记录分为三个阶段 a初期 这是样品燃烧以前的阶段 在这一阶段观测和记录周围环境和量热体系在试验开始温度下的热交换关系 每隔1min读取温度1次 共读取10次 b 主期 从点火开始至传热平衡称为主期
7、在读取初期最末1次数值的同时 按下点火开关即进入主期 此时每15s读取温度1次 直至相邻两次读数的差值小于0 005 时为止 c 末期 这一阶段的目的与初期相同 是观察在试验后期的热交换关系 此阶段仍是每1min读取温度1次 共读取10次 停止观测温度后 从热量计中取出氧弹 缓缓放尽气体 拧开并取下氧弹盖 测量未燃烧的铁丝的质量 计算实际燃烧的铁丝的质量 氧弹中如有烟黑或未燃尽的试样残余 试验失败 应重做 实验结束 用干布将氧弹内外表面和弹盖擦净 最好用热风将弹盖及零件吹干或风干 2 萘的燃烧热的测定称取约0 6g萘 用同样的方法进行测定 数据处理1 苯甲酸的燃烧热为 3226 9kJ mol 1 引燃铁丝的燃烧热值为 6694J g 1 2 分别作苯甲酸和萘燃烧的雷诺温度校正图 由苯甲酸的 T计算热量计的水当量和萘的恒容燃烧热Qv 并计算其恒压燃烧热Qp 3 根据所用仪器的精度 正确表示测量结果 并指出最大测量误差所在 提问思考 1 固体样品为什么要压成片状 2 在量热学测定中 还有哪些情况可能需要用到雷诺温度校正 3 如何用萘的燃烧热数据来计算萘的标准生成热
