8 燃燒熱的測(cè)定.doc

實(shí)驗(yàn)七燃燒熱的測(cè)定一、目的要求1 了解氧彈式量熱計(jì)構(gòu)造、原理和使用方法；2 用氧彈式量熱計(jì)測(cè)定奈的等容燃燒熱；3 學(xué)會(huì)用雷諾圖解法校正穩(wěn)定的改變值。二、預(yù)習(xí)與思考1預(yù)習(xí)氧彈式量熱計(jì)的原理、構(gòu)造及各主要部件的作用；2預(yù)習(xí)鉑電阻溫度計(jì)及熱電偶溫度計(jì)的原理及使用；3預(yù)習(xí)高壓鋼瓶及其使用；4思考：（1）本實(shí)驗(yàn)是測(cè)量萘的燃燒熱，為什么要先燃燒苯甲酸？（2）本實(shí)驗(yàn)中QP 與QV 的絕對(duì)值哪個(gè)大？如何計(jì)算n？（3）何謂儀器水當(dāng)量？如何測(cè)定？三、實(shí)驗(yàn)原理燃燒熱一般指的是在一定溫度下一摩爾物質(zhì)完全燃燒時(shí)的熱效應(yīng)，它是熱化學(xué)中重要參數(shù)，測(cè)定燃燒的量熱法是熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)中的一種基本方法。測(cè)定燃燒熱可以在恒容條件下，亦可在恒壓條件下，而由熱力學(xué)第一定律可知：恒容燃燒熱QV等于內(nèi)能的變化（U），恒壓燃燒熱QP 等于內(nèi)焓的變化（H），如果把參加反應(yīng)的氣體和反應(yīng)生成物的氣體作為理想氣體處理，則存在下列關(guān)系： Qp =QV +nRT （7.1） 式中：n反應(yīng)產(chǎn)物中氣體中的總摩爾分?jǐn)?shù)與反應(yīng)物中氣體總摩爾分?jǐn)?shù)之差； R氣體常數(shù)； T反應(yīng)初始的絕對(duì)溫度。但必須指出，化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)（包括燃燒熱）通常是用恒壓熱效應(yīng)H來表示的，而本實(shí)驗(yàn)是在氧彈卡計(jì)（恒容）中測(cè)定恒容燃燒熱的，因此根據(jù)上述關(guān)系式（1）為測(cè)得恒容燃燒熱換算為恒壓燃燒熱 。用氧彈量熱計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，氧彈放置在裝有一定量水的銅質(zhì)水桶總，水桶外是空氣隔熱層，再外面是溫度恒定的水夾套。樣品在體積固定的氧彈中燃燒放的熱引火絲燃燒放出的熱和氧化了微量的氮?dú)馍伤岬纳蔁?，大部分被水桶所吸收；另一部分則被氧彈、水桶、攪拌器及溫度計(jì)所吸收。在量熱計(jì)與環(huán)境沒有熱交換時(shí)可寫出如下的熱量平衡式： （7.2）式中：QV 待測(cè)物質(zhì)的摩爾燃燒熱；m待測(cè)物質(zhì)的重量（g）M待測(cè)物質(zhì)的分子量；q引火絲的燃燒熱（卡/克）（鎳絲為775卡/克，鐵絲為1600卡/克，棉線為4000卡/克）；a引火絲的重量（g）1.43硝酸的生成熱為14300卡/摩爾，當(dāng)用0.1NNaOH滴定生成的硝酸時(shí)，每1mL的堿相當(dāng)于1.43卡c滴定生成硝酸時(shí)，耗用0.100NNaOH的毫升數(shù)W水桶中的水重（g）h水的比熱，卡/克度t與環(huán)境無熱交換時(shí)的真實(shí)溫度 C卡卡計(jì)（儀器）的水當(dāng)量（卡/度），它表示卡計(jì)包括氧彈、攪拌器、溫度計(jì)等每升高一度所需要的吸收熱量。四、儀器藥品儀器：氧彈式量熱計(jì)1套；壓片機(jī)2臺(tái)；高壓鋼瓶；試劑：苯甲酸（A.R.）， 萘（A.R.）；鎳絲；氧氣。五、實(shí)驗(yàn)步驟1卡計(jì)（儀器）的水當(dāng)量C卡的測(cè)定： 測(cè)定卡計(jì)（儀器）水當(dāng)量的方法是以定量的、已知燃燒熱的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)完全燃燒放出的熱量g，使儀器溫度升高t，則卡計(jì)水當(dāng)量為q/t，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)常用苯甲酸，其燃燒熱為+6315卡/克。2樣品壓片：壓片前先檢查壓片鋼模，如發(fā)現(xiàn)鋼模有鐵銹、油污和塵土等必須擦凈后才能進(jìn)行壓片。用臺(tái)秤稱取約0.8g的苯甲酸，然后將鋼模底板裝進(jìn)模中，從上面倒入已稱好的苯甲酸樣品，徐徐旋緊螺桿，直到將樣品壓成片狀為止（注意不要壓的太硬）。抽去摸底的托板，再繼續(xù)向下壓，使摸底與樣品一起脫落；將樣品表面的碎屑除去，在分析天平上準(zhǔn)確稱量（精確到0.0001），即可供燃燒測(cè)定用。3裝置氧彈53- -圖-7-1是氧彈的構(gòu)造，主要部分有圓筒，彈蓋和螺帽緊密相連；在彈蓋上裝有用來灌入氧氣的進(jìn)氣閥門1，排氣閥門2和電極3，電極直通彈體內(nèi)部，同時(shí)做好燃燒皿的支架；為了將火焰反射向下而使彈體溫度均勻，在電極3的上方還裝有火焰遮板6。擰開氧彈蓋掛上裝有少量酸洗石棉粉的金屬小環(huán)，把樣品壓片裝入金屬杯內(nèi)，用分析天平準(zhǔn)確稱量（精確到0.0001g），約15cm長(zhǎng)的鎳絲作U狀小心地將鎳絲面端分別緊繞在電極的下端，使鎳絲的底部緊貼在樣品上，然后在氧彈中加入0.5mL的蒸餾水，蓋好彈蓋，旋緊螺帽，用萬用表檢查兩極是否通路，若通路，旋緊氧彈出氣口，就可以充氧氣（見基礎(chǔ)知識(shí)與技術(shù)第三章），充氧時(shí)必須事先認(rèn)真學(xué)習(xí)，充氣直到氧彈壓力為10公斤為止。然后用萬用表再次觸試彈蓋上方的兩個(gè)電極，看是否仍為通路，若通路則可以將氧彈放入桶內(nèi)，否則需卸去氧彈重新系好鎳絲。圖-7-1 氧彈1.充氣閥門 2.放氣閥門 3. 電極 4. 坩堝架 5. 充氣管 6. 燃燒擋板4燃燒的溫度測(cè)量用容量瓶準(zhǔn)確量取自來水3000mL，順筒壁小心倒入內(nèi)筒，剛好浸沒氧彈，裝好攪拌馬達(dá)，蓋上蓋子，將鉑電阻溫度計(jì)插入水中，氧彈中兩電極用電線接在點(diǎn)火器上，然后開動(dòng)攪拌馬達(dá)，待溫度穩(wěn)定上升后，每隔一分鐘讀取鉑電阻溫度計(jì)的示值，這樣繼續(xù)10min，迅速合上點(diǎn)火開關(guān)進(jìn)行通電點(diǎn)火。若點(diǎn)火器上的指示燈亮后熄滅，溫度迅速上升，則表示氧彈的樣品已燃燒，若指示燈亮后不熄滅，表示點(diǎn)火絲沒有燒斷，應(yīng)立即加大電流引發(fā)燃燒，若指示燈根本不亮和者雖加大電流也不熄滅，而且溫度也不見迅速上升，則表示點(diǎn)火沒有成功，需打開氧彈檢查原因。合上點(diǎn)火開關(guān)后苯甲酸燃燒，體系溫度迅速上升，因?yàn)闇囟壬仙芸?，所以每隔半分鐘讀取一次溫度，約5min后恢復(fù)每分鐘讀取一次，待溫度上升到最高點(diǎn)，復(fù)轉(zhuǎn)下降，繼續(xù)記錄10min溫度讀數(shù)，可停止實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)停止后，取出氧彈，打開氧彈出氣口，放出余氣，作后旋開氧彈蓋，檢查樣品燃燒情況，若氧彈沒有燃燒殘?jiān)?，表示燃燒完全，若有黑色殘?jiān)硎救紵煌耆?，?shí)驗(yàn)失敗，取下剩余鎳絲用分析天平準(zhǔn)確稱之，然后用自來水每次用（10mL）洗滌氧彈內(nèi)壁三次，洗滌液收集在150mL的錐形瓶中，煮沸5min（以除去氧氣）后以0.1NNaOH滴定之，用2-3滴酚酞作指示劑。4 稱取約0.6g萘按上述方法進(jìn)行萘的燃燒熱的測(cè)定。六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1主要壓片的緊實(shí)穩(wěn)定，太緊不易燃燒；2燃燒絲必須與藥品緊密接觸；3氧彈充氣時(shí)，人必要站在鋼瓶出氣處，以保人身安全；4鋼瓶?jī)?nèi)壓力不得低于10105Pa，否則不能使用；5攪拌器不可與內(nèi)筒相碰，以免損壞筒和摩擦生熱；6點(diǎn)火一經(jīng)完成，應(yīng)將開關(guān)立即扳向振動(dòng)位置。七、數(shù)據(jù)記錄和結(jié)果處理1用圖解法校正溫度改變值t： 實(shí)際上，氧彈式量熱計(jì)不使嚴(yán)格的絕熱體系，加之傳熱速度的限制，燃燒后達(dá)到最高溫度需一定時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)體系與環(huán)境難免不發(fā)生熱交換，因而，從溫度計(jì)讀得溫度差不使真實(shí)的溫度差t，因此對(duì)讀數(shù)必須進(jìn)行校正。通常用作圖法和經(jīng)驗(yàn)公式。我們?cè)谶@里只介紹作圖法。將燃燒前后歷次讀取的水溫，作T（）t(分鐘)作圖，聯(lián)成abcd線（如圖-7-2）。圖中b點(diǎn)相當(dāng)于開始燃燒之點(diǎn)，c點(diǎn)為觀測(cè)到的最高溫度讀數(shù)點(diǎn)，取b點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度T1，c點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度T2。其平均溫度（T1+T2）/2為T，經(jīng)過T點(diǎn)作橫坐標(biāo)的平行線TO，與插線相交于O點(diǎn)，然后過O點(diǎn)作垂線AB，此線與ab線與cd線的延長(zhǎng)線分別交于E、F兩點(diǎn)，即E、F兩點(diǎn)所表示的溫度差即為欲求溫度升高值T，如圖-7-2所示。圖-7-2 雷諾圖校正2按下式求出卡計(jì)（儀器）的水當(dāng)量：式中各代號(hào)與（1）式相同。3計(jì)算萘的燃燒熱。4按誤差傳遞計(jì)算溫度和稱量對(duì)燃燒熱的影響。八、問題與討論1試述燃燒熱的定義？怎樣由化合物的燃燒熱計(jì)算生成熱？2在本實(shí)驗(yàn)中哪些是體系？哪些是環(huán)境？體系和環(huán)境通過哪些途徑進(jìn)行熱交換？對(duì)測(cè)定結(jié)果影響怎樣？如何進(jìn)行校正？3按誤差傳遞計(jì)算燃燒熱的相對(duì)誤差；4