
实验二燃烧焓的测定.doc
18页实验二 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 △U=0△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 △U 2,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= △U1+△ U2+△U3+△U4=0,该式还可写成如下更实用的式子,即 W 样 Qv/M+(l·Q 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+p·△V=Qv+p·△V对理想气体而言,Qp=Qv+△ n·R·T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 25~30 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 2-2 和 2-3)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 2-1(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 2-1(a)绝热较差时的雷诺图 图 2-1(b)绝热良好时的雷诺图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 2-1(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 / K1)压片:先用一张专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 9~12cm 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 2-2 所示绕接时除两端接触外,其余部分不能碰不锈钢体,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 25Ω旋紧氧弹盖图 2-2 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 2.8~3.0MPa 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 低于外桶水温 1. 0~1.4℃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 2-3 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 1~2 秒,不要太快,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 20~24 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/g3.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 1.0~1.4℃?3. 如果要测定液体的燃烧热,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 / 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),Q V=ΔU恒压条件下测得的燃烧热为恒压燃烧热(Q p),Q p=ΔH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:Q p=Q V+ΔnRTΔn 为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,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 1.5~2.0℃,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 ΔT。
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 2~3 扣,然后用线将片绑紧,然后绑成十字花型注意压片前后应将压片机擦干净;苯甲酸和待测试样不能混用一台压片机2 称量: 将压好的片用分析天平称量3 悬挂试样: 将绑好的片上的镍丝绕在氧弹上盖下端的两个电极上(一端从小孔中穿出,并绕在电极柱的方型部位另一端绕在小螺丝上点火丝切勿接触坩锅,以防短路)镍丝要缠紧两极不要联在一起然后将氧弹上盖放在下座上拧紧,然后拧紧放气阀(小方型)4 充氧: 拧开充气阀(小圆柱电极),接上氧气导管,用扳手拧紧旋转氧气瓶减压阀手柄,使氧气表的分压显示表为 2MPa,充气时间为 30 秒,然后按相反方向旋转减压阀手柄关闭氧气。
拧开氧气导管的螺栓,拧上电极帽5 装氧弹: 打开氧弹热量计的上盖,把盛水桶安装在固定位置转动搅拌器看一看不要刮壁将氧弹放入水桶中,将调好。
