燃烧热(焓)的测定

试验二燃烧热(焓)的测定一、试验目的XRY－1A型数显氧弹式热量计的原理、构造和使用方法；把握有关热化学试验的一般学问和技术；测定萘的燃烧热。二、根本原理CCO2

(气)、H变HO(液)、S变为SO2

(气)、NN(气)、C1变为HCl水溶液。2燃烧热有等容燃烧热Qv和等压燃烧热Q 两种。等容燃烧热是定容条件下测定的燃烧P热，由热力学第肯定律可知，它等于此过程的内能变化ΔU，即Qv=ΔU；而等压燃烧热是定压条件下测定的燃烧热，它等于等压过程的焓变ΔH，即Q=ΔH。假设把参与反响的气体P视为抱负气体，则上述两种燃烧热存在如下关系：Q QP V

nRT 〔2－1〕式中Δn为产物与反响物中气体物质的量之差；R为气体常数，T为反响温度。假设测得某物QvQP

。定压燃烧热通常用ΔH表示。在盛有定量水的容器中。放入内装有mg样品和氧气的密闭氧弹，然后使样品完全燃烧，放出的热量传给水及仪器引起温度上升。假设水的质量为wkg，仪器的水当量为W1〔1KW1

kg1K所需的热量tt，则mg物质的恒容燃烧热为：0 nQˊ＝C(w＋W)(t －t) 〔2－2〕1 n 0C=4.18×103J·kg-1·K-1M的物质的摩尔燃烧热为：Q ＝M/m·C(w＋W)(t1 n

—t) 〔2－3〕0W1

的求法是把燃烧热的物质〔如本试验用苯甲酸〕放在热量计中燃烧，测其始、末温度，按式(2－3)求出。三、仪器和药品XRY－1A型数显氧弹式热量计、压片机、剪刀、活动搬手、氧气钢瓶及减压阀、电子天平、2000ml量筒、1000ml量筒、1／10温度计。镍丝、棉线、苯甲酸(AR)、萘(AR)。四、试验步骤水当量的测定：将热量计及其全部附件加以检查、整理、并擦洗干净〔XRY－1A型数显氧弹式热量计的使用见附录1。0.8～1.0g苯甲酸，在压片机中压成片。剪取0.15m长的燃烧丝一根，WˊW“再用电子天平〔2〕W，则样品质量为(W－Wˊ－W“)。将样品留神挂在燃烧皿中，燃烧丝两端紧夹于两电极上，两电极与燃烧皿切不行相碰，以免造成短路。盖好弹盖，用手将螺帽旋紧。用万用表检查两电极是否导通。假设导通，则充氧气(3，必需事先认真学习)。从进气口充高纯氧气至2.0～2.45MPa(2.50MPa)。3l水倒入热量计内筒中，水面盖过氧弹。将点火电极插头插在氧弹的两电极上，盖上外筒盖，将温度计探头插入内筒水中，按下“搅拌”按钮开头搅拌。待温度稳定上升后，每隔30秒(热量计每响一声)记一次温度读数，这样连续读取10组数据，马上按下“点火”按钮，同时“数据”钮上的指示灯亮，记录数据序号的示数同时归零并开头重记数。(假设点火后，温度上升速度不快，表示点火没有成功，需翻开氧弹，检查缘由，排解故障)在燃烧过程中，要留意观看温度变化，待记数器显“31”时，按下“完毕”按钮，再依次按下“数据”按钮，登记01～3030组数据，便可按以下步骤停顿试验。停顿试验的步骤是：切断电源，拔出温度计探头，翻开热量计盖板，取出氧弹并将其擦最终倒去热量计内筒的水，擦干全部设备待用。测量萘的燃烧热：0.5g萘，代替苯甲酸以同样方法测定萘的燃烧热。五、数据处理将在水当量及燃烧热中测得之温度与时间的关系分别列表并作T～t图。校正体系和环境交换的影响：体系和环境交换能量的途径有传导、辐射、对流、蒸发和机械搅拌等，在测定的前期和后期体系与环境间温度的变化不大，交换能量较稳定，而反响期温度转变较大，体系和环境的温度差随时转变，交换的热量也不断转变，很难用试验数据直接求算，通常确定初温及最高温度合理的方法是依据不同时间测得的温度作温度～时间曲线，即雷诺曲线(如图2－1所示)。2－1雷诺校正图2－1(a)A相当于开头燃烧之点，B为观看到最高温度的读数点，作相当于室温的TmM交曲线于MMabCADBabFE两点。FE点的温差，即为欲求的温度上升值ΔT。而图中FF′为开头燃烧到温度上升到室温这一段时间Δt1内，因环境辐射和搅拌引进的能量而造成热量计温度的上升，必需扣除。EE′为温度由室温上升到最高点B这一段时间Δt2内，热量计因向环境辐射出能量而造成温度的降低，故需要添加上。由此可见E、F两点的温度差较客观地表示了由于样品燃烧使量热计温度上升的值。2－1(b)所示，这时ΔT仍可按一样的方法校正之。计算水当量：NO2 2时对这些因素都必需进展校正，其校正值如下：2510kJ·kg-13243kJ·kg-1。②酸的校正暂不做。16736kJ·kg-1。(264 81 kJkg1)WQ QW＝

丝

w 〔2－4〕1 〔tn

t〕C0式中：W1

——仪器水当量(kg)；26481kJ·kg-1——苯甲酸的燃烧热；W——苯甲酸的质量(kg)；w——水的质量(kg)。(4)用同样的方法计算萘的燃烧热。(5)计算萘的生成热。六、留意事项本试验所用的仪器比较简单和周密，试验前必需彻底了解它的性能及使用方法，严格遵守操作规程；氧弹内壁和氧气表上不能粘有油污，特别留意不能用手接触氧弹内壁，以免由油污引起爆炸危急；装卸氧弹时，要正确对准螺丝，不要损坏螺纹。要特别留意把螺丝局部擦净。在检查氧弹漏气和给氧弹充氧气这两个步骤时，要留意不要使氧弹震惊和倾斜，以防样品从燃烧器内掉落。接点火丝时，要特别留意电极与点火丝相接处要拧紧，使其接触良好，切忌使氧弹内的两个电极直接相互接触，否则将烧毁整个仪器；量热桶内的水，搅拌要均匀，不宜过快和过慢；点火前，要等指示温度开头稳步上升前方可记录数据；2s；测水当量和测有机物燃烧热时，一切条件必需完全一样。七、试验关键提示本试验的关键是样品能否燃烧(尤其是萘)，为确保样品点火成功，应留意以下几点：点火丝与电极接线柱的连接要结实，点火丝的两头切勿与氧弹的内壁接触，点火丝1厘米左右为宜。压片时不要用力过大。由于样品太硬不易被引燃，样品压片的硬度应以用手稍用力即可裂开为宜。另外，寻常样品应保存于枯燥器中，因受潮样品不易燃烧且使称量有误。为确保点火的成功率，在样品片上加一小条己知燃烧热的棉线，或考虑使用两根点火丝。另外，氧弹的充氧量应确保在2MPa左右。从安全方面考虑，氧气钢瓶的使用要在教师的指导下进展。此外，为避开人为因素造成的试验误差，在苯甲酸和萘的两次测定中，量筒的取水量应尽量保持全都。外筒水温应尽量接近室温，燃烧后内筒水温应比外筒水温高出0.7～1K左右。以便使燃烧终点时内筒水温消灭明显的下降。八、争论，如今，对于这方面工作的系统争论，已成为物理化学的一个分支—热化学。上讲，有了物质的标准生成热 H数据就可以解决问题了，然而有些物质不能从单质直f m接生成，而另一方面，一些有机物的燃烧热却比较简洁测定，它们的标准燃烧热 c

数据m已有表可查。本试验所测定的燃烧热 c的换算可利用下式：

(T,P)与298K和P状态下的 Hm c

(298K)H(298 )Hc m c

m

T r

dTpV[p p r [

V T r m T

]dPp式中C 、V 分别为燃烧反响前后的定压热容差和体积差。由于燃烧热本身是一个很r p r mT298K时，这种换算往往意义不大。应当指出的是，在计算萘的燃烧热时，可不考虑点火丝的影响，主要基于以下两点：其

点火丝

与样品相比均较小；其二是在苯甲酸和萘的两次计算时，可以相互抵消点火丝0.5g13230J0.0086g28J0.2％。NO2 2

生误差。对于准确的量热试验，其校正方法是用NaOH溶液滴定其中的硝酸，每毫升0.1mol·dm-35.78J的热量。量热技术是物理化学的一项重要试验技术。近年来，在测量方法、技术以及仪器设备方面都有较大进展。对于有气体参与且热效应较大的化学反响(如燃烧反响)，通常用弹式热量计进展测量，其量热手段是通过高精度的温差测量实现的，而温差的测量多承受雷诺(Renolds)温度校正法。期望同学们能够理解并把握。萘在298K时标准燃烧热的文献值为 H〔298K〕=－5157kJ·mol-1。同学们可将c m测量得到的结果与此比较，分析产生误差的缘由。九、思考题在本试验中哪些是体系?哪些是环境?体系和环境通过哪些途径进展热交换?这些热交换对结果影响怎样?如何进展校正?使用氧气要留意哪些问题？搅拌太慢或太快有何影响?对于本试验，有的教科书要求在氧弹中加上几滴水，为什么?[参考资料]东北师范大学等校．物理化学试验(其次版)．北京：高等教育出版社，1989孙尔康．物理化学试验．南京：南京大学出版杜，1998吴子生，物理化学试验指导书．长春：东北师范大学出版社，1995(第三版)1995复旦大学等．物理化学试验(其次版)．北京：高等教育出版社，1993傅献彩．物理化学(第四版)上册．北京：高等教育出版社，19901:XRY－1AXRY－1A15000J/℃，适用于以热量计氧弹法测定不含水的石油产品〔如汽油、喷气燃料、柴油和燃料油等〕的总热值及净热值，以及煤炭发热量的测定。弹热值的测定是在氧弹中有过剩的氧的状况下，按规定条件燃烧单位重量的试样所产生的热量，称为弹热〔以J/g或KJ/kg表示。燃烧产物为二氧化碳、硫酸、硝酸以及呈液态的水和呈固态的灰。热量计热容量的测定承受在氧弹中燃烧肯定量的标准苯甲酸，测量由其燃烧所产生的热量而引起热量计系统温度变化的方法来确定热量计的热容量，热容量系统温度上升1℃所需的热量〔J，在数值上等于热量计的热容量〔J/℃。一、构造和原理XRY－1A2－2所示。图2－2 XRY－1A型数显氧弹式热量计1－外壳；2－内筒；3－外筒；4－热电偶；5－绝热支架；6－氧弹；7－测量局部；8－搅拌器；9－电极；10－盖子。整个仪器由量热主体局部和测量局部所组成。量热主体局部由自密封式氧弹(如图2－3所示)、外筒〔水套、内筒〔水筒、搅拌器、工业用玻套温度计、点火丝、压片机、气体减压器(如图2－4所示)等组成；而测量局部为掌握器，包括显示器、键盘和点火等(如图2－5所示)。1－提手2－充气口3－紧固螺母4－弹盖5－聚四氟乙烯垫6－橡胶密封圈7－电极8－弹杯9－接10－坩埚图2－3 量热计氧弹 图2－4 气体减压器图2－5 XRY－1A型数显氧弹式热量计测量局部的掌握器操作面板二、掌握器性能特点及使用方法XRY－1A型数显氧弹式热量计测量局部承受高性价比的PIC系列单片微掌握器为根底的高性能测温系统，测温精度高，稳定性好，测量精度为0.001℃，且读数便利，可将样品电源、搅拌、数据、完毕、点火、复位六个电子开关按键和七位数码管，能对样品热值测定温度。性能特点a〕全部操作可通过掌握器面板上的电子开关完成b〕测温范围：0～+35℃c〕温度区分率：0.001℃d〕自动存储测温数据：31个使用方法100个，测温次数从00→99递增，每半分钟一次，并伴有蜂鸣器的鸣响，此时按动“完毕”键或“复位”键均能使显示测量次数复零。按动“点火”键后，氧弹内引燃丝得到约20V沟通电压，从而烧断引燃丝，点燃坩埚中的样品，同时，测量次数复零，以后每隔半分钟测量并贮存测温数据共31个，当测温31后，测温次数自动复零。当样品燃烧，内筒水开头升温，平缓到顶后，开头下降，当有明显降温趋势后，可按“完毕”键，然后按动“数据”键，可使01次、02次„„始终到按“完毕”键时的测温次数为止的测量温度数据重逐一在五位数码管上显示出来，操作人员可以进展记录和计算，或与实时笔录的温度数据核对后进展计算ΔT〔留意：电脑贮存的数据是蜂鸣器鸣响的那一秒的温度值〕当操作人员按住“数据”键不放，被贮存的温度数据和测温次数起作用，假设需重测量，必需先按“完毕”键，使仪器回到测温状态。按“复位”键后，主要测量次数复零，此时仍可按“数据”键重读贮存的温度数据。但假设开机后未进展过“点火”测量，可能会读出一些不规章的随机数据。这不影响仪器的正常工作。其次次按“点火”键，即可去除贮存的温度数据，为下次贮存的温度数据和测温次数作好预备。关掉电源，原贮存的温度数据也将自动去除。三、操作步骤及计算方法试剂和材料〔1〕苯甲酸质证书。点火丝直径约0.1mm80～100mm10～15根点火丝同时放在电子天平上称量，计算每根点火丝的平均重量。氧气不应有氢和其它可燃物，制止使用电解氧气。操作步骤先将外筒装满水，试验前用外筒搅拌器〔手拉式〕将外筒水温搅拌均匀。80～9024小时，冷却至室温，放在盛有浓3～41.0～1.20.0002克放入氧弹中的燃烧皿坩埚内。个电极柱上，并让其与苯甲酸有良好的接触，留意不要使点火丝接触到坩埚上，以免形成短路而导致点火失败。然后，在氧弹中参加10毫升蒸馏水，旋紧氧弹盖，用万用表检查两电极是否通路。将氧弹放到充氧器下，对准充气口，拉下扳手充氧，充氧时间不得少于5秒钟，直2.0～2.45MPa，充氧后不应漏气。用万用表检查两电极是否通路。假设通路则进展下一步试验，否则需放气检查。3000克〔称准至0.5〕蒸馏水〔水温已调至比外筒低0.7℃左右，水面应至氧弹进气阀螺帽高度的2/3处，每次应找出缘由，加以订正。接上点火导线，并连好掌握箱上的全部电路导线。盖上胶木盖，将测温传感器插入内筒，翻开电源和搅拌开关，仪器开头显示内筒水温，每隔半分钟蜂鸣器报时一次。当内筒水温均匀上升后，每次报时时，登记显示的温度，当登记第10次时，同时按“点火”键，测量次数自动复零，以后每隔半分钟测量并贮存测温数据共31个，当测温31次后，测温次数就自动复零，表示试验完毕〔假设温度到达最大值后记录的温度10次，需人工记录几次。停顿搅拌，拿出传感器，翻开水筒盖〔留意：先拿出传感器，再翻开水筒盖〔如有试。取出未烧完的点火丝准确称重。用蒸馏水洗涤氧弹内部及坩埚和进气阀，洗液收集至烧杯中，体积约150～200毫升。将盛有洗液的烧杯用外表皿盖上，加热至沸腾5分钟，加20.1N的氢氧化钠标准溶液滴定，记录消耗的氢氧化钠标准溶液的体积。用毛巾擦净氧弹和内筒，预备测量待测物质用。计算方法〔1〕热容量〔J/℃〕的计算公式：QME 1 1

QM2

VQ3T式中：E ——热容量，J/℃；Q ——苯甲酸热值，J；1M ——苯甲酸重量，g；1Q ——点火丝热值，J/g；2M ——点火丝重量，g；2V ——消耗的氢氧化钠标准溶液的体积，ml；Q ——硝酸的生成热，J；3ΔT——修正后的温升，℃；〔2〕试样热值〔J/g〕的计算公式：ET GQ dG式中：ΣGd ——添加物产生的总热量，J；G ——试样重量，g；仪器使用维护留意事项20MPa水压检查，每年至少一次；仪器使用完毕后应保持外表清洁枯燥，以防腐蚀，长期不用时，应将水倒掉；，氧气减压器应定期进展耐压试验，每年至少一次；20℃±51℃，因此室内制止使用各种热源。2：电子天平调整水平的不规章或倾斜的弥补，您可调成天平使之保持水平。在天平的后部有一水平泡指示器，天器的正中心。使天平的水平泡到中心位置。留意：每次调成天平的位置后，必需重调成天平的水平。连接电源将AC连接电源将AC适配器一端插入天平后部电源连接口，一端与适宜的电源连接。留意：电源插座必需在较靠近天平的位置，并且简洁连接。接通电源按>O/T<键，首先显示全部字段，接着显示软件版本号(初次插上电源时或电源中断时)，接着消灭×0.00g20～30分钟。当天平初次通电时，无需进展菜单设置，便可以以单位克称量或使用去皮功能。

图1－6 电子天平ModeOffOFF后松开。5．称量天平开机后，就可以以克为单位进展称量。(1)假设需要其它单位称量，请参考“菜单”局部进展设置。(2)假设需显示回零，请快速按一下>O/T<键。(3)将样品置于秤盘上并从显示屏上读取称量值。当稳定指示器(*)消灭后，读数为稳定值。去皮去除。将称量纸或空容器置于天平秤盘上，按>O/T<键回零。当样品参加容器中时，显示的是样品的净质量，去皮质量保存在天平的存储器中，直到您再次按>O/T<建。菜单设置菜单可激活有效的称量单位、计数称量、线性校准、键盘声响和打印参数。进入天平菜单首先需关机，按住>O/T<键不放，直到显示消灭MENU后松开。翻阅菜单内容，ModeOff键，进入被选菜单项后，按>O/T<键。当您在菜单中任何一处选择好之后，在退出和保存之前，还可以连续在其它的菜单中添加选择。假设不保存就会回到称量状态，请按ModeOff键直到全屏显示时再松开。MENU克、千克、毫克、克拉、牛顿、磅、盎司、英两、英厘、UNITS——英钱、摩、m、香港两、加坡两、台湾两、cL和计件。ONOFF。留意：每次只能选择一个“两”单位。LIN——线性校准。SYS——PRlNT——设置通讯状态和打印参数。MENU——退出菜单并回到称量状态。ENDUNITS，SYSPRlNTEND完毕，将会保存每一菜单中的设置。3：高压钢瓶及减压阀1．气体钢瓶简介150×101325Pa以下的1所示。气体钢瓶的危急性及使用留意事项〔可能避开氧气瓶和其它可燃性气体钢瓶放在同一房间内使用。否则，也易引起爆炸。已充气的气体钢瓶爆炸的主要因素是气瓶受热而使内部气体膨胀，压力超过气瓶最大负荷而爆炸。或者瓶颈螺纹损环，当内部压力上升时，冲脱瓶颈。在这种状况下，气瓶在按火箭作用原理向放出气体的相反方向高速飞行，因此，可造成很大的破坏和伤亡。另外，假设气瓶金属材料不佳或受到腐蚀时，一旦在气瓶堕落或撞击坚硬物时就会发生爆炸。钢瓶(或其它受压容器)是存在着危急的，使用时需要特别留意：(1)钢瓶应存放在阴凉、枯燥、远离热源(如阳光、暖气、炉火等)地方。(2)搬运气瓶时要轻要稳，要把瓶帽旋上。放置使用时必需固定牢靠。使用时要用气表(CO2

，NH3

可例外)。一般可燃性气体的钢瓶气门螺纹是反扣的(如H，CH)。不燃性或助燃性气体的钢瓶是正扣(N，O

)。各种气压表一般不得混用。2 2 2 2 2绝不行使油或其他易燃性有机物沾染到气瓶上(特别是出口和气压表)。也不行用麻、棉等物堵漏，以防燃烧引起事故。开启气门时应站在气压表的另—侧，更不许把头或身体对准气瓶总阀门，以防万一阀门或气压表冲出伤人。不行把气瓶内气体用完，以防重灌气时发生危急。使用时要留意各气瓶上漆的颜色及标字，避开混淆。表2所示为我国气瓶常用标记。1：标准气瓶类型甲用途工作压力(×9.8N-2)150试验压力(×9.8N-2)水压试验225气压试验1502 2 2 4气体等乙丙丁23212530619060121253062：我国气瓶常用标记气体瓶身标字气体类别瓶身颜色标字颜色类别颜色颜色氨黑黄二氧化碳黑黄氧天蓝黑氯黄绿黄氢深绿红其他一切可燃气体红白空气黑白其他一切不行燃气体黑黄氨黄黑使用期间的气瓶每隔三年至少