物化实验1-燃烧焓的测定

燃烧焓的测定什么是燃烧焓？——燃烧反应的反应焓。反应焓为某确定温度下反应的焓变，对于理想气体反应，等于在该确定温度下，反应在恒压条件下进行时的热效应Q。（ΔH=Q）如果反应在恒容条件下进行，则有ΔU=Q。在实验操作中，恒容反应更容易实现，因此该反应直接测量的数据是恒容热，也就是反应的热力学能变。而ΔH=ΔU+ΔngRT，可通过计算间接得出燃烧焓。如何测恒容热？燃烧反应在密闭氧弹（恒容）中进行，反应的热效应使得体系和环境的温度升高。例：反应物25oCt

内筒25oC产物25oC

内筒25oC放热Q产物26oC

内筒26oCQ被内筒和产物自身吸收氧弹外筒(水夹套)内外筒之间的绝热层

因此，只要知道内筒内所有物质的总热容C，乘以“体系+环境”的升温ΔT就可以得到恒容热Q。总热容如何求？无法直接测得，所以需要找已知恒容热的标准样品（苯甲酸），由已知的Q，计算总热容C。用标准物质实验和用待测物质实验时，热容不严格相等，但是内筒内的主要物质完全一样的（氧弹壳、大量的水、内筒壁等），基数较大，因此二者燃烧产物的热容差完全可以忽略。ΔT如何测？以上理想情况下，温度随时间的变化曲线应该是这样的：反应前和反应后的温度是不随时间变化的，这样初末态的温度差就是ΔT。但是，由于内筒水需要搅拌（要使温度均匀），机械功会使水温上升。且内筒水温和外筒温度有差别时，会通过传导、辐射等方式和环境交换热量（保温不良），因此，实际的温度-时间曲线，是这样的：左为保温良好，右为保温不良tT最常用校正方法：雷诺曲线ΔT有热效应的，除了样品的燃烧反应之外，还有点火丝(引燃用，也可以用棉线)的燃烧（点火丝比热容已知，质量精确称量），精确实验中还需要考虑氮气和氧气化合反应（最终生成硝酸溶液，可通过滴定实验确定含量）的热效应。环境温度(夹套水温)样品质量，点火丝质量准确称量，（硝酸含量准确滴定），则满足：-QV,m*n-q*b+5.98*c=C总*ΔTn:样品摩尔数QV,m:样品的摩尔恒容燃烧热q:点火丝的热值（燃烧单位质量的点火丝的热效应）b:点火丝的质量5.98c:生成的硝酸用0.1000mol·L-1NaOH滴定消耗cml，则放热为5.98c（单位焦耳）C总:环境总热容苯甲酸的ΔcHm苯甲酸的QV,mC总萘的QV,m萘的ΔcHm需要写出苯甲酸和萘燃烧的方程式，由Qp,m=QV,m+ΔngRT转换。其中T为环境温度。实验步骤：1、压片，称重，装样2、通氧气，装氧弹3、夹套装水，内桶装水，搅拌4、每隔30s记录一次温度，5min后点火，温度迅速上升5、继续记录至温度开始下降，再继续记录10次6、关闭搅拌，取出温度计，取出氧弹、放气。打开氧弹检查是否燃烧完全（如不完全实验失败）。称量剩余点火丝质量。蒸馏水洗涤内壁，用0.1

M

NaOH滴定HNO3。7、擦干全部设备备用实验要点：一、充分燃烧二、考虑其它因素带来的热效应三、其它问题1、如何保证点火成功/充分燃烧？①样品磨细、烘干、干燥器恒重。②样品要压片。样品不能压得太紧（不易燃烧完全）或太松（充氧气时粉末被吹起，使样品燃烧的量偏小）。压完除去碎屑，称重。③氧气要通足(2.5Mpa氧气，充气至少60s)④点火丝和电极紧密接触（仪器接好后可用万用表检查电阻），点火丝距离样品少于5mm或直接接触，但不能接触燃烧皿，以免引起短路导致点火失败。⑤燃烧皿使用完毕后洗净擦干。一、充分燃烧：2、在氧弹中事先加10ml左右的水，起什么作用？①溶解生成的HNO3②事先形成饱和水蒸气，保证燃烧产物均为液态水。③便于事后清洗3、电解水制得的氧气可否用来进行实验？电解得到的氧气含有饱和水蒸汽，如不经处理压入氧弹，会在样品表面及燃烧皿内部凝结成液态水，导致燃烧不充分。一、充分燃烧：1、副反应①点火丝燃烧(点火丝热容已知，可通过称重求出这部分热)②空气中的氮气少量燃烧成HNO3(摩尔燃烧焓已知，可用NaOH溶液滴定HNO3确定这部分热，非精确测量可忽略)二、其它因素带来的热效应：2、搅拌搅拌太慢，水温不均匀，影响温度测定搅拌太快，机械功过多，水温上升较多，和（外筒）环境的热交换增多，影响测量准确度注意搅拌桨不要触碰到内筒壁，机械摩擦会产生更多额外的热量。3、保温不良外筒温度恒温，点火前，内筒温度比外筒温度低0.5-1度。因为点火后，系统温度会上升1-2度，因此点火前系统从环境吸热，点火后系统从环境散热，两者互相抵消，整个测量过程接近绝热条件下测定的结果。2、3两因素可通过雷诺曲线校正。雷诺曲线的作用：校正系统和环境能量交换引起的温度变化(包括保温不良和搅拌桨作功）1、保证两次实验（标准样品苯甲酸和待测样品萘）的平行性内筒的水要重新更换、调温，两次水量要相等；用同一套仪器（氧弹、内筒、搅拌器等）测量；两次样品质量不要相差太多2、液体样品燃烧热的测定用玻璃小球或药用胶囊取液体装入氧弹进行测量。（计算时扣除胶囊的燃烧热）如直接放在燃烧皿中，部分液体受热挥发成蒸气，会使燃烧不充分。3、氧气钢瓶的操作顺序反时针旋