02 燃烧热的测定.doc

物理化学实验燃烧热的测定实验二 燃烧热的测定一、目的要求1.用氧弹量热计测定萘的燃烧热。2.了解氧弹量热计的原理、构造及使用方法。二、预习要求1.了解氧弹量热计各主要部件的作用。2.掌握燃烧热测定原理，了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别及相互关系。3.了解图解校正温度改变值的方法以及由实验数据求取QV的方法。三、实验原理1摩尔物质完全氧化时的反应热称为燃烧热。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)，如银等金属都变成为游离状态。例如：在25、1.01325105Pa下苯甲酸的燃烧热为-3226.9kJ/mol，反应方程式为：对于有机化合物，通常利用燃烧热的基本数据求算反应热。燃烧热可在恒容或恒压条件下测定，由热力学第一定律可知：在不做非膨胀功的情况下，恒容燃烧热，恒压燃烧热。在体积恒定的氧弹式量热计中测得的燃烧热为QV，而通常从手册上查得的数据为Qp，这两者可按下列公式进行换算 （2-1）式中，n(g)反应前后生成物和反应物中气体的物质的量之差； R气体常数； T反应温度，用绝对温度表示。通常测定物质的燃烧热，是用氧弹量热计，测量的基本原理是能量守恒定律。一定量被测物质样品在氧弹中完全燃烧时，所释放的热量使氧弹本身及其周围的介质和量热计有关附件的温度升高，测量介质在燃烧前后温度的变化值，就能计算出该样品的燃烧热。 （2-2）式中，M分别为样品的质量和摩尔质量；QV为样品的恒容燃烧热；,引燃用的铁丝的质量和单位质量的燃烧热（）；分别为水的比热容和水的质量；是量热计的总热容（氧弹、水桶每升高1K，所需的总热量）；即，为样品燃烧前后水温的变化值。若每次实验时水量相等，对同一台仪器不变，则（）可视为定值K，称为量热计的水当量。水当量K的求法是：用已知燃烧热的物质（本实验用苯甲酸）放在量热计中燃烧，测其始末温度，求出，便可据式2-2求出K。四、仪器和药品1.仪器SHR-15氧弹量热计1台；SWC-D精密温度温差仪1台；压片机 1台；充氧器1台；氧气钢瓶1个。部分实验仪器如图2.1和图2.2所示。图2.1 氧弹量热计安装图2.药品铁丝；苯甲酸(标准物质)；萘（AR）。五、实验步骤1.萘的燃烧热测定 压片：用台秤称取大约0.6g萘，用分析天平准确称量燃烧丝质量，将已精确称量的燃烧丝穿在压片机钢模的底板内，然后将钢模底板装进模子中，从上面倒入称好的萘样品，在压片机上压成圆片。将萘圆片在干净的玻璃扳上轻击二三次，再用分析天平精确称量。 装氧弹：把氧弹的弹头放在弹头架上，将样品萘放入坩锅内，把坩锅放在燃烧架上。然后将燃烧丝两端分别固定在弹头中的两根电极上。在弹杯中注入10ml水，把弹头放入弹杯中，用手拧紧。 充氧：使用高压钢瓶必须严格遵守操作规则。开始先充入少量氧气（约0.5MPa），然后开启出口，借以赶出弹中空气。再充入约1.52MPa的氧气。 调节水温：将量热计外筒内注满水，缓慢搅动。打开精密温度温差仪的电源并将其传感器插入外筒水中测其温度。再用桶取适量自来水，测其温度，并调节水温使其低于外筒水温1度左右。用容量瓶精确量取3000ml已调节的自来水注入内筒，水面刚好盖过氧弹。如氧弹有气泡逸出，说明氧弹漏气，寻找原因并排除。将电极插头插在氧弹两电极上，电极线嵌入桶盖的槽中，盖上盖子（搅拌器不要与弹头相碰）。将两电极插入点火控制箱。同时将传感器插入内筒水中。 点火：打开SHR-15氧弹式量热计的电源，开启搅拌开关，进行搅拌。水温基本稳定后，将温差仪“采零”并“锁定”。然后将传感器取出放入外筒水中，记录其温差值，再将传感器插入内筒水中。每隔1分钟读水温一次（精确至0.002），直至连续10次水温有规律微小变化。设置蜂鸣15秒一次，按下“点火”按钮，“点火灯”熄灭。杯内样品一经燃烧，水温很快上升，点火成功（若水温没有上升，说明点火失败，应关闭电源，取出氧弹，放出氧气，仔细检查加热丝及连接线，找出原因并排除）。每15秒记录一次，当温度升至每分钟上升小于0.002，每隔1分钟读一次温度，连续读10个点，实验结束。实验停止后，将传感器放入外筒。 校验：实验停止后，关闭电源，将传感器放入外筒。取出氧弹，放出氧弹内的余气。旋下氧弹盖，称量燃烧后残丝质量以计算铁丝实际燃烧质量并检查样品燃烧情况。最后擦干氧弹和盛水桶。若样品未完全燃烧，实验失败，须重做。2.量热计的水当量的测定以苯甲酸标准物质代替样品萘，按测定萘燃烧热的相同方法测定苯甲酸燃烧前后的温度变化值，用式2-2计算量热计的水当量。六、实验注意事项1.样品压片不可太紧，否则，燃烧不充分。2.装氧弹时，燃烧丝不能与坩埚壁有接触。3.点火前和达到最高温度点后要保证足够的测温时间，取足测量数据。4.实验停止后，一定要称取未燃烧完的残余点火丝的质量。七、实验数据及处理1.用雷诺图解法求出苯甲酸和萘燃烧前后的温度差T本甲酸和T萘。首先作出温度时间曲线，如图2.3所示CABD曲线。图中A点相当于开始燃烧之点，B点为观察到的最高温度读数点。取A、B两点之间垂直于横坐标的距离之中点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，然后分别将CA线和DB线外延交ab线于E和F两点。则E点与F点对应温度的温差，即为欲求的温度升高值T。2.计算量热计的水当量，已知苯甲酸的烧燃焓为。3.求出萘的燃烧热QV和。图2.3 雷诺图八、思考题1.加入内水桶中的水的水温为什么要比外桶低？2.在使用氧气钢瓶及氧气减压阀时，应注意哪些规则？3.为什么实验测量得到的温度差值要经过作图法校正？附1. SWC-IID精密数字温度温差仪的操作方法1.将传感器探头插入后盖板上的传感器接口（槽口对准）。注意：为了安全起见，请在接通电源以前进行上述操作！2.将220V电源接入后盖板上的电源插座。3.将传感器插入被测物中（插入深度应大于50mm）。4.按下电源开关，此时显示屏显示仪表初始状态（实时温度），如图2-3。图2.4 温差仪显示屏5.当温度显示值稳定后，按一下采零键，温差显示窗口显示“0.000”。稍后的变化值为采零后温差的相对变化量。6.在一个实验过程中，仪器采零后，当介质温度变化过大时，仪器会自动更换适当的基温，这样，温差的显示值将不能正确反映温度的变化量，故在实验时，按下采零键后，应再按一下锁定键，这样，仪器将不会改变基温，采零键也不起作用，直至重新开机。7.需要记录读数时，可按一下“测量/保持”键，使仪器处于保持状态（此时“保持”指示灯亮）。读数完毕，再按一下“测量/保持”键，即可转换到“测量”状态，进行跟踪测量。8.定时读数 按下或键，设定所需的报时间隔（应大于5秒钟，定时读数才会起作用）。 设定完后，定时显示将进行倒计时，当一个计数周期完毕时，蜂鸣器鸣叫且读数保持约5秒钟，“保持”指示灯亮，此时可观察和记录数据。 若不想报警，只需将定时读数置于0即可。附2. 气体钢瓶减压阀在物理化学实验中，经常要用到氧气、氮气、氢气、氩气等气体。这些气体一般是储存在专用高压气体钢瓶中，使用时通过减压阀使气体压力降至实验所需范围，再经过共它控制阀门细调，输入使用系统。最常用的减压阀为氧气减压阀，简称氧压表。1.氧气减压阀的工作原理氧气减压阀的外观及工作原理见图2.5和图2.6。氧气减压阀的高压腔与钢瓶连接，低压腔为气体出口，通往使用系统。高压表的示值为钢瓶内贮存气体压力。低压表的出口压力可由调节螺杆控制。使用时先打开钢瓶总开关，然后顺时针转动低压表压力调节螺杆，使其压缩主弹簧并传动薄膜、弹簧垫块和顶杆而将活门打开。这样进口的高压气体由高压室经节流减压后进入低压室，并经出口通往工作系统。转动调节螺杆，改变活门开启的高度，从而调节高压气体的通过量，并达到所需的减压压力。减压阀都装有安全阀，它是保护减压阀安全使用的装置，也是减压阀出现故障的信号装置。如果由于活门垫、活门损坏或由于其它原因，导致出口压力自行上升并越过一定许可值时，安全阀会自动打开排气。 图2.5 钢瓶减压阀示意图 附图2.6 减压阀工作原理 2.氧气减压阀使用方法（1）按使用要求的不同，氧气减压阀有多种规格，最高进口压力大多为150105Pa，最低进口压力不小于出口压力的2.5倍。出口压力规格较多，一般为01105Pa)，最高出口压力为40105Pa。（2）安装减压阀时应确定其连接规格是否与钢瓶和使用系统的接头相致。减比阀与钢瓶采用半球面连接，靠旋紧螺母来使共完全吻合。因此，在使用时应保持两个半球面的光洁，以确保良好的气密效果。安装前可用高压气体吹除灰尘。必要时也可用聚四氟乙烯等材料作垫圈。（3）氧气减压闹应严禁接触油脂，以免发生火警事故。（4）停止工作时，应将减压阀中的余气放尽，然后拧松调节螺杆，以免弹性元件良久受压变形。（5）减压阀应避免撞击和振动，不可与腐蚀性物质相接触。3. 其它气体减压阀有些气体，例如氮、空气、氩等永久气体，可以采用氧气减压阀，但还有一些气体，如氨等腐蚀性气体，则需要专用减压阀。市上常见