物化实验1燃烧焓的测定1讲义.doc

实验一燃烧热的测定一、 实验目的1. 用氧弹式量热计测定蔡的燃烧热2. 明确燃烧热的含义，了解恒压燃烧热和恒容燃烧热的差别及相互关系3. 了解氧弹量热计的原理及构造，掌握其操作技巧4. 了解雷诺校正的基木原理，明确所测温差为什么要进行雷诺图法的校正二、 实验原理根据热化学的定义，lnwl物质完全燃烧时的反应热称作燃烧热所谓“完全 燃烧",是指反应物中的各元素经过燃烧反应后生成最稳定的氧化物，如C->CO2（g） , H2->H2O （I） , S->SO2 （g）,而N、卤索、银等元索变为游离状态 苯甲酸的燃烧反应为：C6H5COOH （固）+7.502 （气）=7CO2 （气）+3H2O （液）蔡的燃烧反应为:CioH8 （固）+1202 （气）==10CO2 （气）+4H2O （液）测定燃烧热可以在等容条件下，亦可以在等压条件下进行由热力学第一定 律可知，在不做非体积功的情况下，0?等于体系内能变化4U ©等于焙变 若把参加反应的气体视为理想气体，等压燃烧热（0）与等容燃烧热（0Q之 间的关系为：△H = AU+ A （pV） （1）Qp = Q\,+M£T （2）Q严Q"心工叫RT ⑶式中,为该反应前后气体物质的物质的量变化,厂为反应的绝对温度。

为绻 为反应前后气体物质化学计量数的代数和；为反应进度变，0或0/为反应进 度为时的反应热，测量热效应的仪器称作量热计，量热计的种类很多，本实验所用氧弹式量热 计是一种环境恒温式的量热计燃烧反应在氧弹中进行，氧弹是一个特制的耐高 压不锈钢容器（如图1・4所示），内壁采用高抛光，以减少热辐射实验过程外 筒中装满水并保持恒温，内筒中装入足量水，外筒和内筒之间以空气隔热这样, 内筒连同其中的氧弹、热电偶、控制器和水便近似构成了一个绝热体系氧弹式量热计的设计原理是能量守恒定律在绝热条件下，样品完全燃烧放 出的能量使量热体系(量热计本身及周围介质)温度升高，测量出介质燃烧丽后 温度的变化及体系的热容量C,就口J以求算该样品的恒容燃烧热，其关系如下：Q=-C\T (4)式中负号是指系统放岀热量，放热时系统内能降低，C、厂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：如燃烧丝的燃 烧，氧弹内N2和02化合并溶于水中形成硝酸等都会引起系统温度变化，因此在 量热计与环境没冇热交换的情况下，热平衡的关系式如下：+ = —(W・c + K)M (5)式中，Qr.被测样品的恒容燃烧热(Ig1); a为被测物质的质量(g)； b为 燃烧了的燃烧丝的质量(g); q为燃烧丝的燃烧热(J-g1); 5.98为空气中的氮氧 化为硝酸的生成热，其值为・5.98kJ・moP,当用0.1000 mol-L'1的氢氧化钠滴定生 成的硝酸时，每毫升碱反应产生的热量相当于-5.98J； m为滴定硝酸所消耗的 0.1000 mol L-1的氢氧化钠的体积(mL)；W为水重(g)；c为水的比热容(J・g"K) K为氧弹、水桶、温度计、搅拌器的总热容(J-K-1)； AT为燃烧反应前后的真 实温差。

木实验忽略酸的形成，则有：a• Qv 十b • q = -(W • c + (6)若在试验过程中，内筒每次的用水量保持一定，把(6)式中的常数合并，即令：C=Wc+K贝 aQy+bq = _C、T (7)恒温式量热计采用相对测量方法，即先用标准物质(常用高纯度的苯甲酸， 等容燃烧热0y=2646O J g1)标定量热计常数C,然后再测定待测物质的燃烧热为了保证样品燃烧完全，氧弹中必须充足高压氧气因此要求氧弹密封、耐 高压、耐腐蚀同时，粉末样品必须压成片状，以免冲气时冲散样品使燃烧不完 全，而引起实验误差虽然如此，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过雷 诺作图法校正称适量待测物质，使燃烧后水温升高1.5-2.0V，预先调节水温低于坏境温度 0.5-1.0°C,然后将燃烧前后历次观察的水温对吋间作图，连成FHID折线，见图l-lo曲图1・1 口J见，在FH期，因为环境温度高于系统反应前的温度，环境向系 统传递热量，加上搅拌热使系统温度随吋间而升高；DG为反应完成后，由于系 统温度高于环境温度，体系向环境漏热，故温度随时间而降低这两种效应也综 合的反应在HD期校止的方法如K：图中H相当于开始燃烧Z点Ti，D为观察到的最高温度 读数点T2,在(T|+T2)/2温度处作一平行线JI交折线于I,过I点作垂线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 欲求温度的升高图中AA，为开始燃烧到温度上升至室温这一段时间内, 由环境辐射和搅拌引进的能量而造成量热计温度的升高，必须扣除CC为温度 由室温升高到最高点D这一段时间At?内量热计向环境辐射出能量而造成量热 计温度的降低，因此需要添加上由此可见，AC两点的温度差较客观地表示了 由于样詁燃烧促使温度计升高的数值冇时量热计的绝热情况良好，热漏小，而搅拌器功率大，不断稍微引进能量 使得燃烧后的最高点不出现，这种情况仍然可以按照同法校止，见图1・2三、实验仪器和试剂仪器：BH-11型燃烧热测定装置1台，温差测定仪1台,氧弹量热计1套，压片机(公用)2台,WLS立式充氧器1个，1/10精密温度计(0-50°C),拨动开关1只，氧气钢瓶(带减丿*阀，公用),氧气减压器1个，万用表1个充氧导管扳手称量纸药匙剪刀试剂：苯甲酸（分析纯）引火丝1个，电了天平1台，1把，量筒(1 OOOmL),研钵2个,电吹风蔡（分析纯）如图1-3所示1.量热计的结构与组装,图1・3氧弹量热计安装示意图图1-4氧弹的构造四、实验步龙图1・3中，内筒C以内的部分为仪器的主体，即为本实验研究的体系，体系 C与外界以空气层B绝热，下方有绝缘的垫片4架起，上方有绝热胶板5敷盖。

为了减少对流和蒸发，减少热辐射及控制环境温度恒定，休系外围包有温度与休 系相近的水套A为了使体系温度很快达到均匀，述装有搅拌器2,由马达6带 动为了准确测量温度的变化，我们由精密的温差测定仪来实现实验中把温差 测定仪的热敏探头插入研究体系内，便可直接准确读出反应过程中每一时刻体系 温度的相对值样品燃烧的点火由一拨动开关接入一可调变压器来实现，设定电 压在24V进行点火燃烧图1・4是氧弹的构造氧弹是用不锈钢制成的，主要部分有厚壁［员I筒、弹盖 和螺帽紧密相连；在弹盖上装冇用来充入氧气的进气排气孔和电极，电极直通弹 体内部，同时做为燃烧皿的支架2、量热计热容量的测定1） 装样压片（压片前先检查压片用钢模是否干净，否则应进行清洗并 使其干燥）：用台秤称0.8g左右苯甲酸，倒入压片机的底板压模上，装入压片机 内，用压片机螺杆徐徐压下，稍用力使样品压牢（注意用力均匀适中），抽去模底 的托板后，继续向下压，用干净滤纸接住样品，弹去周围的粉末，将样品置于称 量纸上，在分析天平上准确称量后放入氧弹的燃烧皿内用直尺量取长度为15cm左右的引火丝一根，准确称量并把其双折后在中 间位置打环成螺线管形拧开氧弹盖，将氧弹内壁擦干净，特别是电极下端的不锈钢接线柱更应擦 干净。

在氧弹中加1毫升蒸憎水将样品片上的引火丝小心地绑牢于氧弹中两根 电极上（见图1・4氧弹剖面图），并使引火丝螺线管形部分紧贴于样品上旋紧氧 弹盖，用万用电表检查两电极是否通路2） 充氧若通路，小心旋紧氧弹盖后即可充氧气按图1・5所示，连接氧 气钢瓶和氧气表，并将氧气表头的导管与氧弹的进气管接通，此时减压阀门2 应逆吋针旋松（即关紧），打开氧气钢瓶上端氧气岀口阀门1 （总阀）观察表一的 指示是否符合要求（至少在4MPa）,然后缓缓旋紧减压阀门2（即渐渐打开），使 表2指针指在表压2MPa,氧气充入氧弹l-2min后旋松（即关闭）减压阀门2, 关闭阀门1,再松开导气管，氧弹己充入约2MPa的氧气，可供燃烧之用及2 表】图2-5氧弹充气示意图(3) 安装量热计按图将氧弹及内筒，搅拌器装配好a) 用1/10的水银温度计准确测量量热计恒温水套A (外套)的实际温度b) 打开温差测定仪，让其预热，并将测温探头插入外套测温口中c) 在水盆中放入自來水(约4000mL),用1/10的水银温度计测量水盆里的 自来水温度，用加冰或加热水的方法调节水温低于外套温度1.5—2.0°Cd) 把充好氧气的氧弹放入已事先擦洗干净的内筒C中。

用量筒准确量取 3000ml已调好温度的水，置于内筒C中e) 检查点火开关是否置于“关啪勺位置，插上点火电极，盖上绝热胶木板⑴ 开启搅拌马达，调节温差测定仪设定旋纽，使温度温差档打向温度，此 时对应的实际温度为外套温度4) 点火和使温度温差档打向温差，测量温差a) 迅速把测温探头置于内筒C上端的测温口中，观察温差测定仪的读数， 一般应在0.000-0.500 Z间(太低或太高都耍重新调节水温，以保证外套水温在 燃烧升温曲线的中间位置)待温度稳定后，计吋器每一•分钟计-•次，仔细观察 即时记录温差测定仪上温度的读数，准确度至0.002,读lOmin仪器记录，自 行复制数据处理作图)(b) 插好点火电源，点火在几十秒内温差测定仪的读数骤然升高，每半分 钟读一次，直至温度缓慢上升(升温幅度小于0.002°C/min),继续读数，每一分 钟一次，连续lOmin便可停止实验如果在1・2分钟内，温差测定仪的读数没 有太大的变化，表示样品没有燃烧，这时应仔细检查)5) 结束工作停止搅拌，关闭电源取出氧弹并拭干，打开放气阀，排出废 气，旋开氧弹盖，观察燃烧是否完全，如冇黑色残渣，则证明燃烧不完全，实验 需重新进行。

如燃烧完全，量取剩余的铁丝长度，根据公式(7)计算C的值3、 待测样品恒容燃烧热的测定：称取0.6克的荼，按上述操作步骤，压片、称重、燃烧等实验操作重复一次 测量蔡的恒容燃烧热S，并根据公式 ⑵计算Qp,即为AH,并与手册作比较, 计算实验的相对误丼4、 实验完毕，清洗仪器，关闭电源，整理实验台七、 实验注意事项：1、 充完氧后一•定要检查氧弹，确信其不漏气，并用万用表检查两极间是否 通路2、 将氧弹放入量热仪前，一定要先检查点火控制键是否位于“关”的位置点 火结束后，应立即将其关上3、 氧弹充氧的操作过程中，人应站在侧面，以免意外情况下弹盖或阀门向 上冲出，发生危险八、 数据记录及处理：记录下列数据：样品重:g;引火丝热值：1400.8 Jg数据处理 由实验记录的时间和相应的温度读数作苯甲酸和蔡的雷诺温度校止图，准 确求出二者的把苯甲酸燃烧引起量热计温度变化的差值△「，代入（5）式计 算C值 计算蔡的燃烧热0”并计算蔡的恒压燃烧热0并与文献值比较九、思考讨论题：引火丝质量：g;剩余引火丝质量： g外筒水温：温差档读数：基温选择：室温：°C前期温度每分钟读数燃烧期温度每30秒读数后期温度每分钟读数123456789101> 在本实验的装置中哪部分是燃烧反应体系？燃烧反应体系的温度和温度2、变化能否被测定？为什么？在本实验的装置中哪部分是测量体系？测量体系的温度和温度变化能否被测定？为什么？3、测量体系与环境之间有没有热量的交换？（即测量体系是否是绝热体系？）4、如。