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燃烧热的测定（DeterminationofCombustionHeats)王强qiangwang@lzu.edu.cn兰州大学化学化工学院物理化学研究所目的要求1.明确燃烧热的定义，区别恒容和恒压燃烧热.2.了解氧弹量热计的原理构造并掌握其使用方法.3.学习使用图解法校正温度的改变值.4.使用氧弹量热计测定萘的燃烧热.实验原理（1）-----燃烧热1mol物质在标准压力（101.325KPa）完全燃烧时所放出的热量称为燃烧热。在恒容条件下测得的燃烧热为恒容燃烧热（QV=内能变化△U）在恒压条件下测得的燃烧热为恒压燃烧热（QP=热焓变化△H）QP=QV+△nRT△n--反应前后气体的物质的量之差；R--摩尔气体常数；T--反应的绝对温度C、H及S等完全氧化指定产物，分别是CO2（g），H2O（l）及SO2（g）等常用量热计所测的燃烧热是恒容燃烧热为Qv实验原理（2）氧弹式量热计测量燃烧热的基本原理是：假设环境与量热体系没有热量交换，样品完全燃烧所放出的热量全部用于量热体系的温度改变，那么，如果测得温度改变值ΔＴ和量热体系的水当量（即量热体系温度升高１℃时所需的热量），就可以计算样品的燃烧热。实验原理（3）能量守恒样品完全燃烧放出的能量使氧弹本身及其周围介质（本实验用水）和量热卡计有关附件的温度升高，因此通过测量介质在燃烧前后体系温度的变化值T，即可计算样品的恒容燃烧热QvmQv=–M(W水C水+C卡)ΔT+C丝L令k=W水C水+C卡，则Qv=–(kΔT–C丝L)/mM为燃烧物质的摩尔质量；m为燃烧物质的质量；Qv为物质的定容燃烧热；ΔT为燃烧反应前后体系的真实差；W水为水的质量(=ρ水·V水)；C水为水的比热容；C卡为量热计的水氧弹,水桶,贝克曼温度计,搅拌器的热容；C丝为燃烧丝线容(单位：J/cm)；L为燃烧丝的长度(单位：cm)。1-弹体，2-弹帽，3-垫圈，4-充气阀门，5-放气阀门，6-电极，7-燃烧皿及支架，8-充气管，9-燃烧挡板图1-1氧弹预习测试在这实验中，哪些是体系，哪些是环境?实验过程中有无热损耗?这些热损耗对实验结果有何影响?,样品应如何处理，才能提高测量的准确性?燃烧热测量中,有几个直接测量值?哪个测量值对测量结果的精确度影响最大?燃烧热数据对生厂、生活有什么重要意义?氧气钢瓶的使用需要注意什么？样品压片量热计及其附件洁净装氧弹及充氧安装量热计燃烧及测量温度变化用天平称粗称取0.4－0.6g苯甲酸；在压片机上稍用力压成圆片;用镊子将样品放在干净的称量纸上轻击二、三次，除去表面粉末后再用分析天平准确称量。注意：1.苯甲酸必须经过干燥，受潮样品不易燃烧且称量有误；2.压好的样品要求密实，否则在称量及燃烧样品时易造成样品散落，带来实验误差。3.压片时注意识别压片机上的标签，一台用于苯甲酸，另一台用于萘，两台压片机不可混用，以免引进样品交叉污染；样品压片整理量热计及各部件，用砂纸打磨电极，坩埚对氧弹进行清洗和干燥将氧弹的各部件用蒸馏水冲洗干净并用专用毛巾擦干注意：1.氧弹只能用手拧动，当手感到有阻力即应停止，切忌用工具硬拧2.弹帽和阀座，用完后应冲洗净并擦干3.注意不许将弹杯倒置量热计及其附件洁净装氧弹：1将氧弹上盖旋出，将已称量的压片放在氧弹的小坩埚中；2取约8-10cm的燃烧丝，将铁丝中间捏成V形，两端分别绑牢在两根电极上，记录燃烧丝的长度3放回氧弹套筒中，旋紧氧弹盖。注意：1.检查氧弹内部是否干净；2.铁丝不可悬得太高，但也不能接触样品和坩埚，最好在样品上方1mm左右的距离以保证最佳的引燃效果。装氧弹及充氧(1)将氧弹放在立式充氧器底板上，将氧弹的气孔接在减压阀上;将氧弹进气嘴对准充氧器的出气嘴；手持操作柄，轻轻往下压到底部.打开总阀门，高压表的指示为钢瓶内储气的压力；开启（顺时针渐渐旋紧）减压阀,使减压表显示大于1.5MPa（一般３０秒后即可充满氧弹）；立式充氧器压力应达到实验要求1.5MPa．先关闭（逆时针旋松）减压阀门；将充氧器手柄迅速抬起，再关闭总阀门.注意：1.MPa=10.19716kg·cm2.减压阀门顺时针旋转为开启阀门，逆时针旋转为关闭阀门。在钢瓶总阀与氧气减压器之间尚有余气，应旋紧减压阀门以放掉余气，再旋松减压阀门，使两个表的指针均恢复零位。装氧弹及充氧(2)开启控制器开关,用温度计读出量热计外套桶内水温。用烧杯取蒸馏水调节到低于外套桶水温0.5-1℃，用量筒取2300ml加于盛水桶内。将氧弹小心放入量热计的盛水桶中，装好搅拌马达，将氧弹两电极用导线与点火导线相连接,盖好盖子。将温度计插入盛水桶中用于测温变。注意：1.调好水温的水再量取装入成水桶中，不能在盛水桶中调温；2.盛水桶在量热计套桶里要垂直放稳；3.水面与氧弹盖相平,但两极要保持干燥;4.将氧弹放入盛水桶中时注意手不要沾上已定量的水；5.安装搅拌马达时注意搅拌桨不能与周围的卡计发生碰撞。安装量热计打开搅拌开关，盖好卡计盖子；放入温度计开始观察温度的变化；设定的时间间隔：点火前，每隔1min读取一次温度数据，记录6-10个温度数据；点火成功（可以摁一次开关，也可持续摁，建议后者）至样品燃烧期间（温度不会马上上升，一般要经过几十秒），每隔30s读取一次温度数据，直至两次读数差值为0.001℃；然后停止实验实验停止后，关闭搅拌马达，小心取下温度计，打开盖子，小心拿出氧弹，打开氧弹排气孔，放出余气，旋出氧弹盖，检查样品燃烧情况。用尺测量燃烧后剩余的铁丝长度，并记录数据。清洁并擦干氧弹和盛水桶，备用。注意：检查样品燃烧情况时，若氧弹中有许多黑色残渣，表示燃烧不完全，实验失败，应重做实验。燃烧及测量样品点火和燃烧完全与否，是本实验最关键的步骤！称取0.3-0.4克左右的萘，同上法重复实验，测定萘的燃烧热。注意：进行萘的燃烧实验时要重新调节水温和测定筒外套的温度。实验结束后，取出氧弹，检查燃烧情况；倒出桶中的水，揩干水迹；晾干备用；放掉氧气钢瓶减压阀与总阀之间的余气；搞好实验室台面及地面清洁工作。测定萘的燃烧热结束工作数据记录m（萘粗称）m(萘)燃烧丝长度：燃烧前燃烧后夹套水温盛入水桶水温•m（苯甲酸粗称）•m(苯甲酸)•燃烧丝长度：•燃烧前•燃烧后•夹套水温•盛入水桶水温列表记录数据苯甲酸萘t/minT/℃t/minT/℃t/minT/℃t/minT/℃数据处理用雷诺图解法分别求出苯甲酸和萘燃烧前后的温差。根据苯甲酸的数据，计算量热计热容C卡根据萘的数据，求出萘的燃烧热。注意热量单位前后一致数据处理＿雷诺图解法因环境和量热系统之间不可能避免的存在相互热交换，对量热系统的温度变化值产生影响，故必须通过图解法来校正ΔT;左图为绝热较差时的雷诺校正图；右图为绝热良好时的雷诺校正图。两图中AC段为校正后的温度。实验注意事项1待测样品必须干燥，否则不易燃烧，而且样品适量，太多太少都会造成误差。2压片时，压力必须适中。否则压片太紧，不易燃烧；压片太松，又易炸裂残失，使燃烧不能完全。3电极切勿与燃烧皿接触，铁丝与燃烧皿亦不能相碰，不要使电极两端短路保证电流通畅。4氧弹充气过程中，人员应站在钢瓶侧面，以免发生危险。5调节好水温的水要迅速量取，不要放置时间长以免水温变化。6在燃烧第二个样品或燃烧失败重做时，须将仪器清理干净，且内筒水温须再次调节。氧弹使用注意事项试样在氧弹中燃烧产生的压力可达14MPa.因此在使用后应将氧弹内部擦干净,以免引起弹壁腐蚀,减少其强度.氧弹,量热容器,搅拌器在使用完毕后,应用干布擦去水迹,保持表面清洁干燥.氧气遇油脂会爆炸.因此氧气减压器,氧弹以及氧气通过的各个部件,各连接部分不允许有油污,更不允许使用润滑油.如发现油垢,应用乙醚或其它有机溶剂清洗干净.坩埚在每次使用后,必须清洗和除去碳化物,并用纱布清除粘着的讨论与思考固体样品为什么要压成片状如何测定液体样品的燃烧热？根据误差分析,指出本实验的最大测量误差所？如何用萘的燃烧热数据来计算萘的标准生成热？内筒中水的温度为什么要选择比外筒水温低?燃烧热测定实验中，哪些是体系?哪些是环境？有无热交换?这些热交换对实验结果有何影响?在使用氧气钢瓶及氧气减压阀时，应注意哪些规则？在本实验中采用的是恒容方法先测量恒容燃烧热，然后再换算得到恒压燃烧热。为什么本实验中不直接使用恒压方法来测量恒压燃烧热？因为本实验要使用高压气体，操作时一定要小心谨慎，以防发生意外伤害，特别是如下两个方面：高压钢瓶的使用：无论钢瓶中是否有高压气体，打开和关闭钢瓶阀门时，使用者和他人都不能处在阀门和减压阀表头的正面，人应该站在钢瓶阀门和减压阀表头的侧面！氧弹盖的开启：无论氧弹中是否充有高压气体，一定要先确保使氧弹盖的放气阀处于打开、松弛的状态，才能拧松氧弹盖注意