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1、实验二 燃烧焓的测定一、目的要求1. 学会用氧弹热量计测定萘的燃烧焓。2. 了解氧弹热量计的原理、构造及使用方法。3. 进一步明确恒容燃烧焓与恒压燃烧焓之间的区别和联系。4. 学会雷诺图解法，校正温度改变值。二、实验原理1.摩尔物质完全氧化时产生的焓称为燃烧焓。所谓完全氧化是指C变为CO2(气)，H变为H2O(液)，S变为SO2(气)，N变为N2(气)，金属如银等都成为游离状态。通常测定物质的燃烧焓，是用氧弹热量计，样品完全燃烧所释放的能量使得氧弹本身及其周围的介质和热量计有关的附近的温度升高，但整个量热计(连同样品、助燃物、水、气、弹体、搅拌物等)可以看作是等容绝热系统，其热力学能变 U0。
2、U由4个部分组成：样品在氧弹中等容燃烧产生的U1，引燃物质燃烧产生的U2，微量氮气氧化形成硝酸的能变U3(极少，可忽略)，量热计自身的能变U4。于是U U1U2U3U40，该式还可写成如下更实用的式子，即 W样Qv/M+(lQ镍丝+mQ棉纱)+0+(W水C水+C计)T(1)式中W样和M分别为样品的质量和摩尔质量，Qv为样品的恒容摩尔燃烧焓；l和Q镍丝是引燃用的镍丝的长度和单位长度的燃烧焓；m和Q棉纱是助燃又绝缘用的棉纱的质量和单位质量的燃烧焓；W水和C水是以水作为测量介质时，水的质量和热容；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。 为样品燃烧前后水温的变化值。测量介质在燃烧
3、前后温度的变化值 ，就可计算出该样品的恒容燃烧焓。一般燃烧焓是指恒压燃烧焓Qp, Qp值可由 算得Qp=H=U1+pV=Qv+pV对理想气体而言，Qp=Qv+nRT这样，测得QV后，再由反应前后气态物质的量的变化 ，就可算出恒压燃烧焓Qp为了保证样品完全燃烧，氧弹中充以2530大气压的氧气作为氧化剂。氧弹放置在装有2000ml水的不锈钢水桶中，水桶外是空气隔热层，再外面是温度恒定的水夹套，样品在氧弹中进行燃烧(见图22和23)。但是，要使体系完全绝热还无法办到，环境和体系间总会有一定的热交换，因此，实测的温度变化值与恒容完全绝热体系的温度变化T存在偏差，必须加以校正。可采用雷诺作图法校正温度变
4、化值，将实验测量的体系温度与时间数据作图，得曲线CAMBD，见图21(a)，在样品燃烧之前，由于体系被搅动做功和微弱吸热(环境比体系温度高)体系温度随时间微弱升高，见CA线段，A点为样品点火时体系的温度，点火时，样品燃烧放出的热量使体系温度升高，达到最高点B，见AB线段，随后由于体系微弱放热(此时体系比环境温度高)，温度随时间微弱下降，见线段BD。取A、B两点之间垂直于横坐标的距离的中点O作平行于横坐标的直线交曲线于M点，通过M点作垂线ab，然后将CA线和DB线外延长交ab线于E和F两点。则F点与E点的温差即为校正后的温度升高值T。图21(a)绝热较差时的雷诺图 图21(b)绝热良好时的雷诺图
5、有时量热计绝热情况良好，热漏小，但由于搅拌不断引进少量能量，使燃烧后最高点不出现，如图图21(b)所示，这时仍可按相同原理校正。三、仪器和试剂氧弹热量计1台套；氧气钢瓶1个(附减压阀和充气皿)；苯甲酸(标准物质)；萘；2000ml容量瓶；引燃镍丝；压片机；剪刀。四、实验步骤1.热量计水当量的测定每套量热计的热容不一样，需用定量的、已知燃烧热的标准物质完全燃烧来测定，一般用苯甲酸。仪器的热容常用水当量表示。所谓水当量，就是除水之外，热量计升高1所需的热量，相当于吸收同样热量用水的质量表示仪器的热容。例如，使仪器升高1，需热1903J, 则该仪器的水当量为1903J / K。(1)压片：先用一张专
6、用纸在小台秤上粗称已烘好的苯甲酸1克左右，倒入压片机的成型孔中，用压片机按压、掉头翻挤出圆片。将苯甲酸圆片在干净的玻璃板或专用纸上轻击二、三次，以脱落掉粉尘，再用分析天平精确称量至0.0001克。(2)装样、接装点火丝：拧开氧弹盖，将盖放在专用架上，装好专用的石英小皿或不锈钢小皿，将垫有一小条单层脱酯棉纱的样品放入杯中。剪取一段912cm长的引燃镍丝(点火电流大点火丝就要求长些，点火电流小点火丝就需短些)，在直径约3mm的玻璃棒上，将中段绕成螺旋形约5-6圈，将螺旋部分紧贴在样品的表面上，绕接固定在电极上(有的氧弹罐是用挂接柱代替电极)，两端如图22所示。绕接时除两端接触外，其余部分不能碰不锈
7、钢体，否则通电易短路。再用那棉纱条适当包裹一下(棉纱既可助燃也可以作为绝缘物杜绝短路)，用万用电表检查两电极间电阻值，一般应不大于25。旋紧氧弹盖。图22氧弹构造图(3) 充氧气：先调氧气钢瓶输出阀的压力(已由老师调好)，将充氧皿气头按进氧弹罐的进气柱上，再试提一下是否紧凑，如牢固，旋开充氧旋钮充氧，在2.83.0MPa之间停顿10秒钟即充好了氧。注意充氧时左手扶氧弹罐，右手扶充氧皿。关闭充氧旋钮，取下冲氧皿。用万用表检查氧弹上导电的两极是否通路，若不通，则需放出氧气，打开弹盖进行检查。(4) 灌水试温、调温：往热量计水夹套中装自来水(一般里面已装有陈水)，用容量瓶准确量取2000ml低于外桶
8、水温1. 01.4的水(一般取自来水，高了就加冰调，加入的冰的质量要算进2000克的水中)，装入干净的不锈钢内桶中，然后把氧弹罐放入该内桶中央，装好搅拌马达，在两极的外接柱上插上点火导线头，方法是红柱头插在第二大的外接柱上(阳极)，黑柱头插在第一大的外接柱上(即刚才冲过氧的柱头)。认清方位盖好盖子，插好贝克曼温度计的感温探头。图23 氧弹式量热计外形示意图(5) 测量读数: 开动搅拌器，开始每隔一分钟读取一次温度，待温度变化基本稳定后，再开始测内桶初期温度十个值，每隔1分钟读一次；在第十个值读数刚刚完毕之际，立即按住点火键且另一只手迅速将电流旋钮从最小处旋至次大或最大处-时间为12秒，不要太快
9、，然后松开手(指示灯熄灭表示着火)，马上按下时间转换读数键，改为每半分钟读一次，测读主期温度2024个值(这20来个值读完后温度可能会掉头下降，也可能不降)；最后再转换读数时间测末期温度，读十个值，每分钟一次。而后停止实验。本步骤可使用温差读数记录软件用微机读数。停止实验的顺序是，先关搅拌，再关电源，取外层木胶盖，从内桶中将感温探头取出放入外桶，取出氧弹罐，用特用扳手旋松最小的那个柱放出气体，然后拧紧。检查样品燃烧是否完全(氧弹中应没有明显的燃烧残渣)。若发现黑色残渣，则应重做实验。测量燃烧后剩下的镍丝长度以计算镍丝实际燃烧长度，最后擦干氧弹罐和内不锈钢水桶，当然也可用吹风机吹干氧弹罐。2测量
10、萘的燃烧热称取约0.6g萘，同上法进行测量。五、实验注意事项1待测样品一定要干燥。2注意压片的紧实程度，过紧不易燃烧。3一定要将点燃镍丝的中间螺旋段紧贴在样品圆片上，并用棉纱轻轻裹一下。六、数据处理1 用雷诺图解法求出苯甲酸和萘燃烧前后的温度差 和 。2计算热量计的水当量C计。已知苯甲酸的燃烧热为26460J/g，镍丝燃烧热为2.8J/cm，脱酯棉纱的燃烧热Q棉纱为16720J/g。3求出萘的燃烧焓Qv和Qp【思考题】(Problems)1. 在本实验装置中哪些是体系？哪些是环境？本实验对环境有什么要求？2. 加入不锈钢内桶中的水温为什么要比空气的外围水桶的水温低1.01.4？3. 如果要测定
11、液体的燃烧热，怎么称样、装样？4. 在使用氧气钢瓶及氧气减压阀时，应注意哪些规则？5. 容量瓶的准确度是0.1，请讨论由于加入2000ml水的仪器误差，将引起水当量测定值的相对偏差(用平均偏差)是多少？英汉词条】(vocabulary entries)燃烧焓 enthalpy of combustion氯化钾 potassium chloride热量计 calorimeter容量瓶 volumetric flask氧化剂 oxidizing agent电极 electrode短路 shortcut电阻 resistance残渣 residue搅拌 stir/agitate测量 survey /
12、 measure电流 electric current/current电源 power supply / source实验一 燃烧热的测定日期：2008-06-18来源： 作者：字体：大 中 小一、目的要求1.明确燃烧热的定义，了解QV与Qp的差别；2.通过萘的燃烧热的测量，了解氧弹式量热计中主要部件的作用，掌握量热计的使用技术；5.学会雷诺图解法。二、实验原理燃烧热：1mol物质完全燃烧时所放出的热量。恒容条件下测得的燃烧热称为恒容燃烧热（QV），QVU。恒压条件下测得的燃烧热为恒压燃烧热（Qp），QpH。若把参加反应的气体和生成的气体作为理想气体处理，则存在如下关系式：QpQVnRT。n为
13、反应产物中气体物质的总摩尔数与反应物中气体物质总摩尔数之差；R为气体常数；T为反应前后绝对温度。本实验采用氧氮式量热计测量萘的燃烧热。氧弹是一具特制的不锈钢容器，如图4-1所示。为保证样品在其中迅速而完全地燃烧，需要用过量的强氧化剂，通常氧弹中充以氧气作为氧化剂。实验时氧弹是旋转在装有一定量水的不锈钢桶中，水桶外是空气隔热层，再外面是恒定的水夹套，如图4-2所示。引火丝及样品在体积固定的氧弹中燃烧所放出的热大部分为水桶中的水吸收；其余部分为氧弹、水桶、搅拌器及感温探头等设备吸收。在量热计与环境没有热交换的情况下，可以写出如下热量平衡式：式中：QV样品的恒容燃烧热(Jg-1)；m样品的质量(g)
14、；Cif量热计热容，它包括氧弹、量热计及水的热容(JK-1)；T准确温差(K)；Q丝点火丝燃烧热。铁丝为6696.4Jg-1、镍丝为3158.9Jg-1、CuNi丝为3136.2Jg-1。 m丝燃烧掉的点火丝质量(g)即原丝质量减去燃烧剩余质量；m棉燃烧掉的棉线质量(g)；Q棉棉线燃烧热，17500Jg-1。由(4-1)式知，要测量样品的QV必须先知量热计的热容Cif，测定的方法是用一定量已知燃烧热的标准物质（常用苯甲酸，QV26477Jg-1）在相同条件下进行试验，测量其温差，经校正为真实温差后代入(4-1)式，算出值Cif。关于真实温差的求算：氧弹量热计不可能是严格绝热的。在燃烧后升温阶段
15、，系统和环境间难免要发生热交换，因而温度计读得的温差并非真实温差。应作如下校正：通常样品燃烧后温上升为1.52.0，在燃烧前后观测水温变化，将水温对时间作图，联成折线FHED，如图2所示。图中C点相当于开始之点，D点为观测到的最高温度。对H点对应的温度T1和G点对应的温度T2的平均 为T，经T点作横坐标的并行线TO与折线交于O，然后过O点作垂直线ab分别与FH和GE交F、E两点，这两个交点所示间隔温度即所求真实温差T。三、仪器和试剂氧弹量热计（附压片机一台）；分析天平1台；2000mL、1000mL容量瓶各1个；氧气瓶氧气表各一个；分析纯苯甲酸；分析纯萘；引火丝10cm，棉线。四、实验步骤1 压片： 首先截取镍丝15cm，截取棉线10 cm，然后压片。从压片机中抽出上模和中模，将中模（平面）一面朝上，将上模放在中模上，用药勺取约0.6 g药品（苯甲酸或萘），加入上模中。将手柄下的小锤插入上模中，加压，压紧后，抽出小锤，将中模翻转180度，插入小锤加压，取出药片。将线在镍丝上绕23扣，然后用线将片绑紧，然后绑
