《实验一燃烧热的测定.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验一燃烧热的测定.docx（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验一 燃烧热的测定一、实验目的1用氧弹式量热计测定萘的摩燃烧焓2明确燃烧焓的定义，了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别3了解氧弹式量热计中主要部分的作用，掌握氧弹式热计的实验技术4学会雷诺图解法，校正温度改变值二、实验原理燃烧焓是指1mol物质在等温、等压下与氧化瓜时的焓变。“完全氧化”的意思是化合物中的元素生成较高级的稳定氧化物，如在碳被氧化成CO2（气），氢被氧化成H2O（液），硫被氧化成SO2（气）等。燃烧焓是热化学中重要的基本数据，因为许多有机化合物的标准摩尔生成焓都可通过盖斯定律由它的标准摩尔燃烧焓及二氧化碳和水的标准摩尔生成焓求得。通过烯烧的测定，还可以判断工业用燃料的质量等。由上述
2、燃烧的定义可知，在非体积功为零的情况下，物质的燃烧焓常以物质燃烧时的热效应（燃烧热）来表示，即。因此，测定物质的燃烧焓实际就是测定物质在等湿、等压下的燃烧热。量热法是热力学实验的一个基本方法。测定燃烧热可以在等容条件下，也可以在等压条件进行。等压燃烧热（）与容烯烧热（）之间的关系为： （1）或式中，或均指摩尔反应热，为气体物质化学计算数的代码和；为反应进度增量，或则为反应物质的量为时的反应热，为该反应前后气体物质的物质的量变化，T为反应的绝对温度。1. 搅动棒 2. 外筒 3. 内筒 4. 垫脚 5. 氧弹 6. 传感器 7. 点火按键8. 电源开关 9. 搅拌开关 10. 点火输出负极 11
3、. 点火输出正极12. 搅拌指示灯 13. 电源指示灯 14. 点火指示灯测量热效应的仪器称作量热计，本实验用氧弹式量热计测量燃烧热，图1为氧弹示意图。测量其原理是能量守恒定律，样品完全燃烧放出的能量使量热计本身及其周围介质（本实验用水）温度升高，测量了介质燃烧前后温度的变化，就可以求算该样品的恒容燃烧热。其关系如： （2）上式中负号是指系统放出热量，放热时系统的内能降低，而CV和DT均为正值。系统除样品燃烧放出热量引起系统温度升高以外，其他因素：燃烧丝的燃烧，氧弹内N2和O2化合并溶于水中形成硝酸等都会引起系统温度的变化，因此在计算水当量及发热量时，这引起因素都必须进行校正，其校正值如下：（
4、1）燃烧丝的校正：CuNi合金丝：3.138Jcm1（2）酸形成的校正：（本实验此因素忽略）。校正后的关系式为：QVW3.138L = KDT （3）QV：样品恒容燃烧热（Jg1）W：样品的重量（g）L：燃烧丝的长度（cm）K：量热计的水当量量热计数的水当量K一般用纯净甲酸的燃烧来标定，苯甲酸的恒容燃烧热QV = 26460Jg1。为了保证样品燃烧，氧弹中必须充足高压氧气，因此要求氧弹密封，而高压、耐腐蚀，同时，粉末样品必须压成片状，以免充气时冲散样品使燃烧不完全，而引起实验误差，完全燃烧是实验成功的第一步，第二步还必须使燃烧的热量不散失，不与周围环境发生热交换，全部传递给量热计放在一恒温的套
5、壳中，故称环境恒温或外壳恒温量热计。量热计须高度抛光；也是为了减少辐射。量热计和套壳中间有一层挡屏，以减少空气的对流，虽然如此，热漏还是无法避免，因此燃烧前后温度变化的测量值必须经营雷诺作图法校正。其校正方法如下：称适量待测物质，使燃烧后水温升高1.52.0度，预先调节水湿低于环境湿度0.51.0度。然后将燃烧前后历次观察对时间作图，连成FHID折线，见图2(a)，图中H相当于开妈燃烧之点，D为观察到最高的湿度读数点，在环境温度读数点，作一平线JI交折线I，过I点作线垂线ab，然后将FH线和GD线外延交ab于A、C两点。A点与C点所表示的温度差即为欲求温度和升高仍然可以按照同法校正，图2（b）
6、。图2（a） 图2（b）三、仪器与试剂GR3500型氧弹式热量计（带控制箱）氧气钢瓶（带减压阀）压片机SWC-IID精密数字温度差仪Cu-Ni合金丝 温度计（0100）万用电表 托盘天平 钢尺 容量瓶（2L、1L）萘 苯甲酸四、实验步骤测定萘的燃烧焓1校品压片及燃烧丝的准备用台秤称0.6克左右萘（另取约15cm引火丝在天平上称量后，将引火丝打一圆圈放入压片机内，使压片后引火丝穿过药片），将压片机的垫筒放量在可调底座上，装上模子，并从上面倒入已称好的萘样品，把压棒放入模子中，压下手柄至适当的位置，即可松开。取出模子和垫筒，把垫筒倒置在底座上，放上模子，放入压棒上，压下手柄至样品掉出。将样品在分析
7、天平上准确称重，置于燃烧坩埚中待用。另取燃烧坩埚中待用。2充氧气图3将燃烧丝的两端绑牢于氧弹中的两根电极上，并使其中弹簧部分与样品接触，燃烧丝不能与坩埚壁相碰，旋紧氧弹盖，用万用表检查电极是否通路，则旋紧出气阀就可以充氧气（如图3）。将氧气导管和氧弹的进气管接通，先打开阀门1（逆时针旋开）再渐渐打开阀门2（顺时针旋紧），使表2针指在表压20kg/cm2。1分钟后关闭阀门2，再关闭阀门1。松开导气管，此时氧弹中已有约2000P2左右的氧气，可作燃烧之用。但阀门2到阀门1之间尚有余气，因此要打开减压阀门2以放掉余气，可作燃烧之用。但阀门2到阀门1之前尚有余气，因此要打开减压阀门2以放掉余气，再关闭
8、阀门2，使钢瓶和表头恢复原状。3燃烧和测量温度将充好氧气的氧弹用万用表检查是否通路，若通路则将氧弹放入盛水桶内。用容量瓶准确量已被调节到低到外筒温度0.51.0的自来水3000cm3，倒入盛入桶内，并接上控制器上的点火电极，装好搅拌马达，盖上盖子，将温度温差仪的探头插入桶水中，将温国差档打向温差。将控制器上各线路接好，开动搅拌马达，待温度稳定上升，每隔一分钟读取温度一次，读10个点，按下点火开关，如果指示灯亮，应立即加在电流引发燃烧，如果指示灯根本不亮，或加大电流后指示灯也不熄灭，而且温度也不见迅速上升，则须打开氧弹检查原因，如果指示灯亮后熄掉，温度迅速上升，则表示氧弹内样品已燃料，自按下点火
9、开关后，每隔15秒读一次温度。待温度升至每分钟上程式小于0.002，每隔1分钟读一次温度，再读10个点。关掉控制开关，取出测量控头，打开外筒盖，取出氧弹，缓缓开氧弹的放气阀门，将气体慢慢放出，放出氧弹头，检查氧弹坩埚内有黑色残渣或未燃尽的样品微粒，说明燃烧不完全，此实验作废。如未发现这些情况，取下未燃烧完的燃烧丝测其长度，计算实际燃烧丝的长度，将筒内水倒掉，即测好了一个样品。测定卡计的水量K。五、数据记录及处理数据记录燃烧丝长度： 残丝长度： 苯甲酸生： 外筒水温： 温差档读数： 基温选择： 前期温度每分钟读数燃烧期温度15秒读数后期温度每分钟读数12345678910萘记录格式同上数据处理1
10、用图解法求出苯甲酸燃烧引起量热计量温度变化的差值，并根据（3）式计算水当量K值。2用图解法求出萘燃烧引起量热计温度变化的差值，并根据（3）式计算萘的恒容燃烧。3根据计算萘的摩尔燃烧焓。实验二 旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数一、目的要求1测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期。2了解该反应的反应物浓度与旋光度之间的关系。3了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪正确使用方法。二、基本原理蔗糖在水中转化成葡萄糖和果糖，其反应为：它是一个二级反应的速率很慢，通常需要H+离子作用下进行。由于它是一个二级反应时水量存在的，尽管有部分水参加了反应，仍可近似地认为整个反应过程中水的浓度是恒定的；而且H+是催化剂，其浓
11、度也保持不变。因此蔗糖转化反应可看作一级反应。一级反应的速率方程可由下式表示 （1）c为时间t时的反应物浓度，k为反应速率常数。积分可得：1nc=-kt+1nc0 （2）C0为应开始时反应物浓度。当C=时，时间t可用t1/2表示，即为半衰期：t1/2= （3）从（2）式，不难看出，在不同时间测定反应物的浓度，并以1nC对t作图，可得一直线，由直线斜率即可求得反应速率常数k。然而反应是不断进行的，要快速分析出反应物的浓度的困难的。但蔗糖及其转化产物具有旋光性，而且它们的旋光能力不同，故可以利用系统在反应进程中旋光度的变化来度量反应的进程。测量物质旋光度所用的仪器称为旋光仪。溶液的旋光度与溶液中可
12、含旋光物质的旋光能力、溶剂性质，样品管长度及温度等均有关系。当其它条件均固定时，旋光度与反应物浓度c呈线性关系，即 （4）式中比例常数与物质旋光能力、样品管长度、温度等有关。物质的旋光能力用比旋光度来度量、比旋光度用下式表示： （5）式中右上角的“20”表示实验时温度20，D是指用钠灯光源D线的波长（即589nm）, 为测得的旋光度，1为管长度（dm）,CA为浓度（g/100ml）。作为反应物的蔗糖是右旋性物质，其比旋光度=66.63；生成物中葡萄也是左旋性物质，其比旋光度=52.5,但果糖是左旋性物质，基比旋光度=-91.9。由于生成物中果糖的左旋性比葡萄右旋性大，所以生成物呈现在左旋性质。
13、因此随着反应的进行，系统的右旋角不断减小，反应至某一瞬间，系统的旋光度可恰好等于零，而后就变成左旋，直至蔗糖完全转化，这时左旋角达到最大值。设系统最初的旋光度为 （t=0,蔗糖尚未转化） （6）系统最终的旋光度为 （t=，蔗糖已转化完全） （7）（6）和（7）中的和分别为反应物与生成物的比例常数。当时间为t时，蔗糖浓度为C，此时旋光度为，即 （8）由（6）、（7）和（8）联立可解得： （9） （10）将（9）、（10）代入（2）式即得 （11）显然，以对t作图可得一直线，从直线斜率即可求得反应速率常数k。三、仪器和试剂旋光仪全套；容量瓶50ml2个，100ml1个，25ml移液管2支；100m
14、l锥形瓶3个；50ml烧杯1个；台秤1套；玻棒1支。3moldm-3HC1；蔗糖四、实验步骤仪器使用（见实验台指南）溶液配制及测试1用台秤称取蔗糖放入烧杯中，用少量蒸馏水溶解（注意水过量），待蔗糖全部溶解后（温度太低需加热），并冲洗至100ml容量瓶中，若溶解浑浊需要过滤。2移取25ml蔗糖溶液于干净的锥形瓶中,再移取25ml、3moldm-3HC1往蔗糖溶液中注入，当HC1液流出一半时立即记时（作为起始时间），全加入后将其混合均匀，迅速用反应液荡洗旋光管两次，然后将反应液注满旋光管，盖上玻璃片，注意匆使管存有气泡，旋紧帽后放置在旋光计中测定旋光系统at。此后每隔5分钟测一次at，测出两个负值为止。3测定后，将管内溶液倒回原锥形瓶内，待24小时后再测a，也可将溶液放入333.15K的水溶槽中（不可高于338.15K），并保温30分钟取出，待冷后测a。五、记录实验温度：t（分）0.8moldm-3蔗糖+3moldm-3HC1
