燃燒熱的測定..

1、燃燒熱測定一、實驗目的1、學會用氧彈熱量計測定有機物燃燒熱的方法。2、明確燃燒熱的定義，了解恒壓燃燒熱與恒容燃燒熱的差別。3、掌握用雷諾曲線法校正所測溫差的方法。4、掌握壓片技術，熟悉高壓鋼瓶的使用方法。學會用精密電子溫差測量儀測定溫度的改變值。二、基本原理燃燒焓的定義：在指定的溫度和壓力下，Imol的物質(zhì)完全燃燒生成指定產(chǎn)物的焓變，稱該物質(zhì)在此溫度下的摩爾燃燒焓，記作cHm。燃燒產(chǎn)物指定該化合物中 C變?yōu)镃02（g），H變?yōu)镠2O（I），S變?yōu)镾O2（g），N變?yōu)镹2 （g），Cl變?yōu)镠CI（aq），金屬都成為游離狀態(tài)等。燃燒熱的測定，除了有其實際應用價值外，還可用來求算化合物的生成熱、 化

2、學反應的反應熱和鍵能等，具有重要的理論價值。量熱方法是熱力學的一個基本實驗方法。熱量有Qp和Qv之分。用氧彈熱量計測得的是恒容燃燒熱Qv；從手冊上查到的燃燒熱數(shù)值都是在 298.15 K, 1 r條 件下，即標準摩爾燃燒焓，屬于恒壓燃燒熱Qp。由熱力學第一定律可知，在不做非膨脹功的條件下，Qv； Qp =丁H。若把參加反應的氣體和反應生成的氣體都作為理想氣體處理，則它們之間存在以下關系：Qp 二 QvnRT（ 1）式中，n為反應前后生成物和反應物中氣體的物質(zhì)的量之差；R為氣體常數(shù)；T為反應的熱力學溫度（量熱計的外桶溫度，環(huán)境溫度）。在本實驗中，在盛有2500ml水的容器中放入裝有 W克樣品和氧

3、氣的密閉 氧彈，使樣品完全燃燒，放出的熱量引起體系溫度的上升。根據(jù)能量守恒原理， 用溫度計測量溫度的改變量，由下式求得Qv。Q廠Mc（T終-T始）(2)式中，M是樣品的摩爾質(zhì)量(g.mol-1)； C為樣品燃燒放熱給水和儀器每升 高1度所需要的熱量，稱為水當量(J.K-1)。水當量的求法是用已知燃 燒熱的物質(zhì) (本實驗用苯甲酸)放在量 熱計中，測定和T始和T終，即可求出水當量C；然 后再用相同的方法對奈進行測定，測 定和 T 始和 T 終，代入上式，便可求得其燃 燒熱。三、儀器與試劑 ：氧彈熱量計 1 套、容量瓶 (1000 mL)1 個、氧氣鋼瓶 1 個、氧氣減壓閥 1 個、 苯甲酸 份析純

4、)、萘份析純)、臺稱1臺、電子天平1臺(O.OOOIg)、壓片機1臺、 燃燒絲、棉線。四、實驗步驟：1. 熱量計的水及儀器當量 (即總熱容量 )的測定熱量計的熱容量就是與其量熱體系具有相同熱容量的水的重量 (以克計)。熱 量計熱容量表數(shù)值上等于量熱體系溫度升高 1 C所需的熱量。量熱體系指在實 驗過程中發(fā)生的熱效應所能分布到的部份，包括量熱容器，氧彈的全部以及攪 拌器，溫度計的一部分。熱量計熱容量用已知燃燒熱值的苯甲酸，在氧彈內(nèi)用燃燒的方法測定。試 樣的測定應與熱容量的測定在完全相同的條件下進行。當操作條件有變化時， 如更換或修理熱量計上的另件，更換溫度計，室溫與上次測定熱容量時的室溫 相差超

5、過5C以及熱量計移到別處等，均應重新測定熱容量。(1) 樣品壓片 在臺秤上粗稱苯甲酸約0.9 - 1.0 g,用壓片機壓成片，取約 1Ocm 長的燃燒絲和棉線各一根，分別在電子天平上準確稱重；用棉線把燃燒絲 綁在苯甲酸片上，準確稱重。(2) 氧彈充氧 將氧彈的彈頭放在彈頭架上，把燃燒絲的兩端分別緊繞在氧 彈頭上的兩根電極上，把彈頭放入彈杯中，擰緊。充氧時，開始先充約 0.5MPa 氧氣，然后開啟出口，借以趕出氧彈中的空氣。 再充入 1MPa 氧氣，充氣約 2 分鐘。氧彈放入量熱計中，接好點火線。氧彈不 應漏氣，如有漏氣現(xiàn)象，應找出原因，子以修理。(3) 調(diào)節(jié)水溫 準備一桶自來水，調(diào)節(jié)水溫約低于

6、外筒水溫 1C(也可以不 調(diào)節(jié)水溫直接使用)。用量筒取 2500mL 水注入內(nèi)筒，水面應淹到氧彈進氣閥螺 帽高度的 23 處，裝好攪拌頭。(4) 測 定水當量 將測溫探頭插入內(nèi)筒，測溫探頭和攪拌器均不得接觸氧彈 和內(nèi)筒。 整個實驗分為三個階段：1. 初期：這是試樣燃燒以前的階段。在這一階段觀測和記錄周圍環(huán)境與量 熱體系在試驗開始溫度下的熱交換關系。 每隔 1min 讀取溫度一次， 這樣連續(xù)讀 取 810組溫度，直到讀取的溫度與上次相差小于 0.01C。2. 燃燒期：燃燒定量的試樣，產(chǎn)生的熱量傳給熱量計，使熱量計裝置的各 部分溫度達到均勻。在初期的最末一次讀取溫度的瞬間，按下點火鍵點火(按住約

7、1min 不放 )，若溫度迅速上升，則表明樣品已經(jīng)開始燃燒(如果通電后，溫度沒有迅速上升， 表示點火沒有成功，需打開氧彈，檢查原因)燃燒過程中每隔15s 讀取一次溫度，直到溫度上升明顯緩慢為止，這個階段算作燃燒期。3. 末期：這一階段的目的與初期相同，是觀察在試驗終了溫度下的熱交換 關系。在燃燒期讀取最后一次溫度后，每隔 1min 讀取溫度一次，共讀取 810 組溫度作為實驗的未期( 5) 停止觀測溫度后，從熱量計中取出氧彈，用放氣帽緩緩壓下放氣閥， 在 1 分鐘左右放盡氣體，擰開并取下氧彈蓋，量出未燃完的引火線長度，計算 其實際消耗的重量。隨后仔細檢查氧彈，如彈中有煙黑或未燃盡的試樣微粒，

8、此試驗應作廢。如果未發(fā)現(xiàn)這些情況，用蒸餾水洗滌彈內(nèi)各部份，坩堝和進氣 閥。（6）用干布將氧彈內(nèi)外表面和彈蓋拭凈，最好用熱風將彈蓋及另件吹干或風 干，備用。2試樣燃燒熱的測定：萘的燃燒熱的測定稱取0.5 g萘，用上述同樣的方法進行測定。五、數(shù)據(jù)處理：1. 實驗數(shù)據(jù):苯甲酸反應前期（1次/min）反應中期（1次/15s）反應后期（1次/min）時間溫度時間溫度時間溫度1234567891012345678910111213141512345678910反應前期（1次/min）反應中期（1次/15s）反應后期（1次/min）時間溫度時間溫度時間溫度時間溫度1234567891056789101112

9、1314155678910原始數(shù)據(jù)記錄:(1) 燃燒絲重g;棉線重g;苯甲酸 樣品重 g;剩余燃燒絲重g；水溫C。(2) 燃燒絲重g； 棉線重g;萘樣品重g;剩余燃燒絲重g;水溫C2. 由實驗數(shù)據(jù)分別求出苯甲酸、萘燃燒前后的t始和t終。 T萘=用雷諾法校正溫差具體方法為:將燃燒前后觀察所得的一系列水溫和時間關 T苯甲酸=系作圖，得一曲線，如圖1所示。,0.AM口F外桶溫度低于內(nèi)楠溫疫(b)外桶溫度髙于內(nèi)桶溫度圖1雷諾法校正溫差在圖1(a)中，H點意味著燃燒開始，熱傳入介質(zhì)；D點為觀察到的最高溫度值；從 相當于室溫的J點作水平線交曲線于I，過I點作垂線ab,再將FH線和GD線延長并 分別交ab線

10、于A、C兩點，其間的溫度差值即為經(jīng)過校正的 T。圖1(a)中AA 為 開始燃燒到溫度上升至室溫這一段時間 ti內(nèi)，由環(huán)境輻射和攪拌引進的能量所 造成的升溫，故應予扣除。CC為由室溫升到最高點D這一段時間 t2內(nèi)，熱量 計向環(huán)境的熱漏造成的溫度降低，計算時必須考慮在內(nèi)。故可認為A、C兩點的差值較客觀地表示了樣品燃燒引起的升溫數(shù)值。在某些情況下，熱量計的絕熱性能良好，熱漏很小，而攪拌器功率較大，不斷引進的能量使得曲線不出現(xiàn)極高溫度點，如圖 1(b)所示。校正方法相似。作苯甲酸和萘燃燒的雷諾溫度校正后， 由厶T計算體系的熱容量和萘的恒容 燃燒熱Qv,并計算其恒壓燃燒熱Qp;再用公式法計算體系的熱容量

11、和萘的恒容 燃燒熱Qv，并計算其恒壓燃燒熱Qp。并分別比較測定結果的相對百分誤差。六、注意事項：1. 試樣在氧彈中燃燒產(chǎn)生的壓力可達14 MPcb因此在使用后應將氧彈內(nèi)部擦干 凈，以免引起彈壁腐蝕，減小其強度。2. 氧彈、量熱容器、攪拌器在使用完畢后，應用干布擦去水跡，保持表面清潔、 干燥。3. 內(nèi)筒中加2500mL水后若有氣泡逸出，說明氧彈漏氣，設法排除。4. 攪拌時不得有摩擦聲。5. 測定樣品萘時，內(nèi)筒水要更 換且需調(diào)溫。6. 氧氣遇油脂會爆炸。 因此氧氣減壓器、 氧彈以及氧氣通過的各個部件， 各連接 部分不允許有油污， 更不允許使用潤滑油。 如發(fā)現(xiàn)油垢， 應用乙醚或其他有機溶 劑清洗干凈

12、。7. 坩堝在每次使用后，必須清洗和除去碳化物，并用紗布清除粘著的污點。七、思考題：1. 攪拌太慢或太快有何影響？2. 實驗中 那些因素容易造成 誤差？最大 誤差是哪種？提高本 實驗的準確度 應該 從哪方面考 慮？3. 說明恒容熱和恒壓熱的關系SHR-15燃燒熱實驗儀操作規(guī)程一、簡介SHR-15A燃燒熱實驗儀是本廠采納用戶意見，從滿足師生做燃燒熱試驗方便，采集數(shù)據(jù)快捷、準確的角度出發(fā)，以此開發(fā)的新型儀器。SHR-15A燃燒熱實驗儀集數(shù)據(jù)采集、點火控制、攪拌控制于一體，外觀新穎，是院校師生做此類實驗的理想儀器。、面板示意圖（一）前面板示意圖圖一面板示意圖1、電源開關。2、 鎖定鍵 鎖定選擇的基溫

13、，按下此鍵，基溫自動鎖定，此時采零”鍵不起作用，直至重新開機。3、測量/保持鍵一一測量與保持功能之間的轉(zhuǎn)換。4、采零鍵一一用于消除儀表當時的溫差值。5、增時健一一按下此鍵，延長定時時間。6、減時健一一按下此鍵，縮短定時時間。7、攪拌開關。&點火按鍵一一按下此鍵，點火輸出線輸出036V交流電壓。9、指示燈一一燈亮，表明儀表處于相對應的狀態(tài)。10、定時顯示窗口一一顯示設定的間隔時間。11、溫度顯示窗口一一顯示所測物的溫度值。12、溫差顯示窗口 顯示溫差值。（二）后面板示意圖：較器控制輸出ESZ32C串口焰_ -（）W SOHi11Z234圖二后面板示意圖1、傳感器插座一一將傳感器插頭插入此插座。2

14、、控制輸出一一攪拌電機、點火輸出連接處。3、 RS232C串行口計算機接口。（可選配）4、熔絲盒一一保險絲 2A。5、電源線插座接 220V電源。三、使用方法1、將傳感器接入后面板傳感器座，用專用連接線一端接入后面板“控制輸出”座。另一端接熱量計的輸入（連接攪拌電機，氧彈），如需與電腦連接，用串行口線與RS232C串行口 連接即可。最后將電源線一端與儀器連接，另一端與220V的電源連接。2、打開電源開關，前面板顯示如圖三，測量指示燈亮：8.67228.6700溫差顯示（C） 溫度顯示C ）定時顯示（秒）圖三3、 將傳感器放入被測介質(zhì)中，待溫度、溫差相對穩(wěn)定后按“采零”鍵，溫差即顯示為“0.00

15、0 ”,此后溫差窗口顯示即為介質(zhì)溫度“變化量”。4、 按下“鎖定”鍵，“鎖定”指示燈亮，儀器自動鎖定所需基溫，如在26.77 C時，儀器自動鎖定20C為基溫,26.77 C 20C =6.772 C。溫差顯示為 6.772 C。注意：按下“鎖定”鍵后，“采零”鍵不起作用，直至重新開機。5、 打開攪拌開關，攪拌指示燈亮，儀器輸出110V的攪拌電機工作電壓。6、 按下“點火”按鍵，“點火”指示燈亮，儀器輸出036V點火電壓，延續(xù)數(shù)秒后，點火 指示燈滅，表明點火成功。7、數(shù)據(jù)采集過程如需手工記錄數(shù)據(jù)或觀測數(shù)據(jù)，按一下“保持”鍵，蜂鳴器響，溫度、溫 差不變化，方便記錄，再按一下“測量 / 保持”鍵，儀

16、器自動跟蹤測量，如需定時記錄， 按“定時”鍵可在 0 99S 之間設定記錄時間的間隔。8、實驗完畢，關閉電源開關，拔下電源線。燃燒熱實驗量熱計操作規(guī)程簡介燃燒焓是指 1 摩爾物質(zhì)在等溫、 等壓下與氧進行完全氧化反應時的焓變， 是熱化學中的 重要數(shù)據(jù)。一般化學反應的熱效應，往往因為反應太慢或反應不完全，不是不能直接測定， 就是測不準。 但是， 通過蓋斯定律可用燃燒熱數(shù)據(jù)間接求算。 因此燃燒熱廣泛地用于各種熱 化學測量。 測量燃燒熱原理是能量守恒定律， 樣品完全燃燒放出的能量使量熱計本身及其周 圍介質(zhì) (本實驗用水)溫度升高，測量了介質(zhì)燃燒前后溫度的變化，就可計算該樣品的恒容 燃燒熱。許多物質(zhì)的燃

17、燒熱和反應熱已經(jīng)測定。本實驗燃燒熱是在恒容情況下測定的。系統(tǒng)除樣品燃燒放出熱量引起系統(tǒng)溫度升高以外還有其他因素，這些因素都須進行校 正。其中系統(tǒng)熱漏必須經(jīng)過雷諾作圖法校正。校正方法如下：稱適量待測物質(zhì)， 估計其燃燒后可使水溫升高 1.5 2.0 度，預先調(diào)節(jié)水溫使其低于環(huán)境 1.0 度左右。按操作步驟進行測定 , 將燃燒前后觀察所得的一系列水溫和時間關系作圖，可得圖 b (1)的圖形，圖中H點意味著開始燃燒，熱傳入介質(zhì)；D點為觀察到的最高溫度值；從相當于室溫的J點作水平線交曲線與I，過I點作垂線ab,再將FH線和GD線延長并交ab線于 A C兩點。A點與C點所表示的溫度差即為欲求溫度的升高T。

18、圖中AA為開始燃燒到溫度上升至室溫這一段時間 ti內(nèi)，由環(huán)境輻射和攪拌引進的能量而造成量熱計溫度的升高， 必須扣除之。CC為室溫升高到最高點 D這一段時間 t2內(nèi)，量熱計向環(huán)境的熱漏造成溫度 的降低，計算時必須考慮在內(nèi)。由此可見， AC 兩點的差值較客觀地表示了由于樣品燃燒促 使溫度升高的數(shù)值。有時量熱計的絕熱情況良好，熱漏小，而攪拌器功率大，不斷稍微引進能量使得燃燒后的最高點不出現(xiàn)，如圖 b（2）所示。其校正方法同前述。二、使用方法1、仔細閱讀SHR-15燃燒熱實驗儀說明書。2、將熱量計及全部附件加以整理并洗凈。3、測量水當量K（1）壓片先用天平粗稱1.0g左右的苯甲酸，在壓片機中壓成片狀。

19、（不能壓太緊，太緊點火后不 能充分燃燒。）壓成片狀后，再在天平上準確稱重。（2）裝樣旋開氧彈，把氧彈的彈頭放在彈頭架上，將樣品苯甲酸放入坩堝內(nèi)，把坩堝放在燃燒架上。取一根燃燒絲并測量其長度，然后將燃燒絲兩端分別固定在彈頭中的兩根電極上，中部貼緊樣品苯甲酸。（燃燒絲與坩堝壁不能相碰）在彈杯中注入 10ml水，把彈頭放入彈杯中， 用手擰緊。（3）充氧使用高壓鋼瓶必須嚴格遵守操作規(guī)則。開始先充入少量氧氣（約0.5MPa），然后將氧彈中的氧氣放掉，借以趕出彈中空氣。再向氧彈中充入約2Mpa的氧氣。（4）調(diào)節(jié)水溫將量熱計外筒內(nèi)注滿水，用手動攪拌器稍加攪動。按使用說明書將熱量計與燃燒熱實驗 儀連接起來，打開 SHR-15X燃燒熱實驗儀的電源（不要開啟攪拌開關），將傳感器插入加水口測其溫度，待溫度穩(wěn)定后，記錄其溫度值。再用筒取適量自來水，測其溫度，如溫度偏高注入內(nèi)筒，再將氧彈放入 , 水面剛好蓋過氧彈。如氧彈有氣泡逸出，說明氧彈漏氣，尋找原 因并排除。將電極插頭插在氧彈兩電極上， 此時點火指示燈亮 , 蓋上蓋子。（注意： 攪拌器不 要