燃烧热(焓)的测定

燃烧热（焓）的测定【实验目的】1.用恒温式热量计测定萘的燃烧焓2.明确燃烧焓的定义，了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别3.了解恒温式热量计中主要部分的作用，掌握恒温式热量计的实验技术4.学会雷诺图解法，校正温度改变值【实验原理】燃烧焓是指1mol物质在等温、等压下与氧进行完全氧化反应时的焓变。“完全氧化”的意思是化合物中的元素生成较高级的稳定氧化物，如碳被氧化成CO2（气），氢被氧化成H2O（液），硫被氧化成SO2（气）等。燃烧焓是热化学中重要的基本数据，因为许多有机化合物的标准摩尔生成焓都可通过盖斯定律由它的标准摩尔燃烧焓及二氧化碳和水的标准摩尔生成焓求得。通过燃烧焓的测定，还可以判断工业用燃料的质量等。由上述燃烧焓的定义可知，在非体积功为零的情况下，物质的燃烧焓常以物质燃烧时的热效应（燃烧热）来表示，即ΔCHm=Qp·m。因此，测定物质的燃烧焓实际就是测定物质在等温、等压下的燃烧热。量热法是热力学实验的一个基本方法。测定燃烧热可以在等容条件下，亦可以在等压条件下进行。等压燃烧热（QP）与等容燃烧热（QV）之间的关系为：QP=QV+Δm（g）=Δξ∑vB（g）RT（2—1）或Qp·m=Qv·m+∑vB（g）RT式中，Qp·m或Qv·m均指摩尔反应热，∑vB（g）为气体物质化学计算数的代数和；Δξ为反应进度增量，Qp或Qv则为反应物质的量为Δξ时的反应热，Δm（g）为该反应前后气体物质的物质的量变化，T为反应的绝对温度。测量其原理是能量守恒定律，样品完全燃烧放出的能量使热量计本身及其周围介质（本实验用水）温度升高，测量了介质燃烧前后温度的变化，就可以求算该样品的恒容燃烧热。其关系如：Qv=-CvΔT（2-2）上式中负号是指系统放出热量，放热时系统的内能降低，而Cv和ΔT均为正值。系统除样品燃烧放出热量引起系统温度升高以外，其他因素：燃烧丝的燃烧，氧弹内N2和O2化合并溶于水中形成硝酸等都会引起系统温度的变化，因此在计算水当量及发热量时，这引起因素都必须进行校正，其校正值如下：（1）燃烧丝的校正：Cu-Ni合金丝：-3.138J·cm-1（2）酸形成的校正：（本实验此因素忽略）。校正后的关系式为：Qv·W-3.138L=-KΔT（2-3）Qv：样品恒容燃烧热（Jg-1）W：样品的重量（g）L：燃烧丝的长度（cm）K：热量计的水当量热量计数的水当量K一般用纯净苯甲酸的燃烧热来标定，苯甲酸的恒容燃烧热Qv=-26460Jg-1为了保证样品燃烧，氧弹中必须充足高压氧气，因此要求氧弹密封，耐高压、耐腐蚀。同时，粉末样品必须压成片状，以免充气时冲散样品使燃烧不完全，而引起实验误差，完全燃烧是实验成功的第一步，第二步还必须使燃烧后放出的热量不散失，不与周围环境发生热交换，全部传递给量热计本身和其中的盛水，促使热量计和水的温度升高，为了减少热量计与环境的热交换，热量计放在一恒温的套壳中，故称环境恒温或外壳恒温热量计。热量计须高度抛光，也是为了减少热辐射。热量计和套壳中间有一层挡屏，以减少空气的对流，虽然如此，热漏还是无法避免，因此燃烧前后温度变化的测量值必须经过雷诺作图法校正。其校正方法如下：称适量待测物质，使燃烧后水温升高1.5～2.0度，预先调节水温低于环境温度0.5～1.0度。然后将燃烧前后历次观察的水温对时间作图，连成FHID折线，见图b（1），图中H相当于开始燃烧之点，D为观察到最高的温度读数点，在环境温度读数点，作一平行线JI交折线于I，过I点作垂线ab，然后将FH线和GD线外延交ab于A、C两点。A点与C点所表示的温度差即为欲求温度的升高ΔT。图中AAˊ为开始燃烧到温度上升至室温这一段时间Δt1内，由环境辐射和搅拌引进的能量而造成热量计温度的升高，必须扣除之。CCˊ为温度由室温升高到最高点D这一段时间Δt2内，热量计向环境射出能量而造成卡计温度的降低，因此需要添加上。由此可见，AC两点的温差较客观地表示了由于样品燃烧促使立法温度计升高的数值，有时热量计的绝热情况良好，热漏小，而搅拌器功率大，不断稍微引进能量使得燃烧后的最高点不出现，这种情况下ΔT仍然可以按照同法校正，图b（2）。【仪器和试剂】SHR-15恒温式热量计（含氧弹）、SWC-ⅡD精密数字温度温差仪、YCY-4充氧器、压片机、氧气钢瓶（带减压阀）、托盘天平、钢尺、容量瓶（2L、1L）、铬-镍合金丝、萘、苯甲酸、冰。【实验步骤】（一）测定萘的燃烧焓1、样品压片及燃烧丝的准备用台秤称取0.6克左右萘，将压片机的垫筒放置在可调底座上，装上模子，并从上面倒入已称好的萘样品，旋转手柄至合适位置压紧药品，即可松开。旋转手柄松开压棒，取出模子，再旋转压棒至药品从垫筒下掉出。将样品在分析天平上准确称重，置于燃烧坩埚中待用。2、充氧气将燃烧丝的两端绑牢于氧弹中的两根电极上，并使其中间状部分与样品接触，燃烧丝不能与坩埚壁相碰，旋紧氧弹盖（如下图所示）。充氧器导管和阀门2的出气管相连，先打开阀门1（逆时针旋开），再渐渐打开阀门2（顺时针旋紧），将氧弹放在充氧器上，弹头与充氧口相对，压下充氧器手柄，待充氧器上表压指示稳定后，即可松开，充气完毕。3、燃烧和测量温度将充好氧气的氧弹用万用电表检查是否通路，若通路则将氧弹放入盛水桶内。用容量瓶准确量取已被调节到低于外筒温度0.5～1.0℃的自来水3000cm3，倒入盛水桶内，并接上控制器上的点火电极，盖上盖子，将温度温差仪的探头插入内桶水中，将温度温差档打向温差。将控制器上各线路接好，开动搅拌马达，待温度稳定，每隔1分钟读取温度一次，读10个点，按下点火开关，如果指示灯亮后熄掉，温度迅速上升，则表示氧弹内样品已燃烧，自按下点火开关后，每隔15秒读一次温度，待温度升至每分钟上升小于0.002℃，每隔1分钟读一次温度，再读10个点。关掉控制器开关，取出测温探头，打开外筒盖，取出氧弹，用泄气阀放掉氧弹内气体，旋开氧弹头，检查氧弹坩埚内有黑色残渣或未燃烧尽的样品微粒，说明燃烧不完全，此实验作废。如未发现这些情况，取下未燃烧守的燃烧丝测其长度，计算实际燃烧丝的长度，将筒内水倒掉，即测好了一个样品。（二）测定卡计的水当量K称取1克左右的苯甲酸，同法进行上述实验操作一次。【数据记录与处理】数据记录（一）燃烧丝长度：残丝长度：苯甲酸重：外筒水温：温差档读灵数：基温选择：室温：前期温度每分钟读数燃烧期温度每15秒读数后期温度每分钟读数12345678910（二）记录格式同数据处理1、用图解法求出苯甲酸燃烧引起量热计温度变化的差值ΔT1，并根据（4-3）式计算水当量K值。2、用图解法求出萘燃烧引起量热计温度变化的差值ΔT2，并根据（4-3）式计算萘的恒容燃烧热Qv。【思考题】1、指出Qp=Qv+ΔnRT公式中各项的物理意义？2、如何用萘的燃烧焓数据来计算萘的标准摩尔生成焓？3、样品压片时，压得太紧或太松会怎样？4、燃烧后，坩埚中残留的坚硬小珠是否与未燃烧的燃烧丝一起称重？