燃燒熱的測(cè)定

1、燃燒熱的測(cè)定1. 簡(jiǎn)述燃燒熱測(cè)定的實(shí)驗(yàn)原理。答：1mol的物質(zhì)完全燃燒時(shí)所放出的熱量稱(chēng)為燃燒熱。所謂完全燃燒是指該化合物中的C變?yōu)镃O2(氣)，H變?yōu)镠2O(液)，S變?yōu)镾O2(氣)，N變?yōu)镹2(氣)，Cl成為HCl(水溶液)，其它元素轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸锘蛴坞x態(tài)。燃燒熱可在恒壓或恒容條件下測(cè)定。由熱力學(xué)第一定律可知：在不做非膨脹功情況下，恒容燃燒熱Qv等于內(nèi)能變化U，恒壓燃燒熱Qp等于焓變化H。在氧彈式熱量計(jì)中測(cè)得燃燒熱為Qv，而一般熱化學(xué)計(jì)算用的值為Qp，兩者可通過(guò)下式進(jìn)行換算： QpQv十nRT (1)式中：n為燃燒反應(yīng)前后生成物和反應(yīng)物中氣體的物質(zhì)的量之差；R為摩爾氣體常數(shù)；T為反應(yīng)熱力學(xué)溫度

2、。測(cè)量燃燒熱的儀器稱(chēng)為熱量計(jì)。本實(shí)驗(yàn)采用氧彈式熱量計(jì)，如圖71-1所示。在盛有定量水的容器中，放入內(nèi)裝有一定量樣品和氧氣的密閉氧彈（圖71-2），然后使樣品完全燃燒，放出的熱量傳給盛水桶內(nèi)的水和氧彈，引起溫度上升。 氧彈熱量計(jì)的基本原理是能量守恒定律，樣品完全燃燒所釋放出的熱量使氧彈本身及其周?chē)慕橘|(zhì)（實(shí)驗(yàn)用水）和熱量計(jì)有關(guān)的附件溫度升高，測(cè)量介質(zhì)在燃燒前后體系溫度的變化值T，就可求算出該樣品的恒容燃燒熱，其關(guān)系式如下： m Qv + lQ點(diǎn)火絲 + qV = (C計(jì) + C水m水) T (2)式中：Qv為物質(zhì)的恒容燃燒熱(J·g-1)；m為燃燒物質(zhì)的質(zhì)量(g)；Q點(diǎn)火絲為點(diǎn)火絲的燃

3、燒熱(J·g-1)；l為燃燒了的點(diǎn)火絲的質(zhì)量(g)；q為空氣中的氮氧化為二氧化氮的生成熱(用0.1mol/L NaOH滴定生成的硝酸時(shí)，每毫升堿相當(dāng)于5.98J)，V為滴定硝酸耗用的NaOH的體積(mL)；C計(jì)為氧彈、水桶、溫度計(jì)、攪拌器的熱容(J·k-1)；C水為水的比熱(J·g-1·k-1)；m水為水的質(zhì)量(g)；T為燃燒前后的水溫的變化值（K）。如在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，每次的用水量保持一定，把式(2)中的常數(shù)合并，即令 k = C計(jì) + C水m水則： m Qv + lQ點(diǎn)火絲 + qV = k T (3) k為儀器常數(shù)。可以通過(guò)用已知燃燒熱的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(如苯

4、甲酸)放在量熱計(jì)中燃燒，測(cè)出燃燒前后溫度變化，則： k = (m Qv + lQ點(diǎn)火絲 + qv )/T (4)用同樣的方法把待測(cè)物質(zhì)置于氧彈中燃燒，由溫度的升高和儀器的熱容，即可測(cè)定待測(cè)物質(zhì)的恒容燃燒熱Qv，從(1)式計(jì)算恒壓燃燒熱Qp。實(shí)驗(yàn)中常忽略qV的影響，因?yàn)檠鯊椫械腘2相對(duì)于高壓O2而言可以忽略，其次因滴定HNO3而帶來(lái)的誤差可能會(huì)超過(guò)N2本身帶來(lái)的誤差，操作中可以采用高壓O2先排除氧彈中的N2，這樣既快捷又準(zhǔn)確。先由苯甲酸的理論恒壓燃燒熱根據(jù)公式算出恒容燃燒熱，從而計(jì)算出儀器常數(shù)k，然后再測(cè)定恒容燃燒熱根據(jù)公式轉(zhuǎn)換的實(shí)際恒壓燃燒熱。2. 在使用氧氣鋼瓶及氧氣減壓閥時(shí)，應(yīng)注意哪些事項(xiàng)

5、？答：在使用氧氣鋼瓶及氧氣減壓閥時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(1) 氧氣瓶及其專(zhuān)用工具嚴(yán)禁與油脂接觸，操作人員不能穿用沾有各種油脂或油污的工作服、手套以免引起燃燒。(2) 氧氣鋼瓶應(yīng)直立放置要固定，遠(yuǎn)離火源，嚴(yán)禁陽(yáng)光暴曬。(3) 氧氣減壓閥要專(zhuān)用，安裝時(shí)螺扣要上緊。(4) 開(kāi)啟氣瓶時(shí)，操作者應(yīng)站在側(cè)面，即不要面對(duì)減壓閥出口，以免氣流射傷人體。不許敲打氣瓶如何部位。(5) 用完氣后先關(guān)閉氣瓶氣門(mén)，然后松掉氣體流量螺桿。如果不松掉調(diào)節(jié)螺桿，將使彈簧長(zhǎng)期壓縮，就會(huì)疲勞失靈(6) 氣體將用完時(shí)，氣瓶中的氣體殘余壓力一般不應(yīng)小于幾個(gè)兆帕/平方厘米，不得用完。(7) 氣瓶必須進(jìn)行定期技術(shù)檢驗(yàn)，有問(wèn)題時(shí)要及時(shí)處理，

6、不能帶病運(yùn)行。(8) 請(qǐng)仔細(xì)閱讀氣瓶及氣體減壓閥的使用說(shuō)明書(shū)，以得到更詳細(xì)的介紹。3. 測(cè)定非揮發(fā)性可燃液體的熱值時(shí)，能否直接放在氧彈中的不銹鋼杯里測(cè)定？揮發(fā)性的可燃液體情況又怎樣？答：均不能直接放在氧彈中的不銹鋼杯里測(cè)定，非揮發(fā)性或揮發(fā)性的可燃液體均應(yīng)化裝入膠囊或玻璃小球內(nèi)點(diǎn)燃，這樣才能保證樣品完全燃燒。4. 燃燒熱的測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，標(biāo)定量熱計(jì)熱容后，測(cè)定試樣時(shí)忘記換鐵桶中的水對(duì)實(shí)驗(yàn)有無(wú)影響？為何要嚴(yán)格控制樣品的稱(chēng)量范圍？答：有影響，因?yàn)闊崛菔菧囟鹊暮瘮?shù)，不同溫度下量熱計(jì)的熱容嚴(yán)格來(lái)講不等。樣品質(zhì)量太少了溫差測(cè)量誤差較大，樣品質(zhì)量太多了，不能保證燃燒完全。5. 在燃燒熱的測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，為什么要測(cè)真

7、實(shí)溫差？怎樣測(cè)定？答：在燃燒熱的測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)成功的首要關(guān)鍵是保證樣品完全燃燒；其次，還須使燃燒后放出的熱量盡可能全部傳遞給熱量計(jì)本身及其介質(zhì)，而幾乎不與周?chē)h(huán)境發(fā)生熱交換。為了做到這一點(diǎn)，熱量計(jì)在設(shè)計(jì)制造上采取了幾種措施，例如：在熱量計(jì)外面設(shè)置一個(gè)套殼，此套殼有些是恒溫的，有些是絕熱的。因此，熱量計(jì)又可分為主要包括恒溫式熱量計(jì)和絕熱式熱量計(jì)。另外，熱量計(jì)壁高度拋光，這是為了減少熱輻射。量熱計(jì)和套殼間設(shè)置一層擋屏，以減少空氣的對(duì)流。但是，熱量的散失仍然無(wú)法完全避免，這可以是由于環(huán)境向熱量計(jì)輻射熱量而使其溫度升高，也可以是由于熱量計(jì)向環(huán)境輻射而使熱量計(jì)的溫度降低。因此，燃燒前后溫度的變化值不能

8、直接準(zhǔn)確測(cè)量，而必須經(jīng)過(guò)雷諾（Renolds）溫度校正圖進(jìn)行校正。具體方法如下。當(dāng)適量待測(cè)物質(zhì)燃燒后使熱量計(jì)中的水溫升高1.5-2.0。將燃燒前后歷次觀測(cè)到的水溫記錄下來(lái)，并作圖，連成abcd線(xiàn)（圖71-3）。圖中b點(diǎn)相當(dāng)于開(kāi)始燃燒之點(diǎn)，c點(diǎn)為觀測(cè)到的最高溫度讀數(shù)點(diǎn)，由于量熱計(jì)和外界的熱量交換，曲線(xiàn)ab及cd常常發(fā)生傾斜。取b點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度T1，c點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度T2，其平均溫度為T(mén)，經(jīng)過(guò)T點(diǎn)作橫坐標(biāo)的平等線(xiàn)TO，與折線(xiàn)abcd相交于O點(diǎn)，然后過(guò)O點(diǎn)作垂直線(xiàn)AB，此線(xiàn)與ab線(xiàn)和cd線(xiàn)的延長(zhǎng)線(xiàn)交于E，F(xiàn)兩點(diǎn)，則E點(diǎn)和F點(diǎn)所表示的溫度差即為欲求溫度的升高值T。如圖71-3所示，表示環(huán)境輻射進(jìn)來(lái)的熱量所

9、造成熱量計(jì)溫度的升高，這部分必須扣除；而表示量熱計(jì)向環(huán)境輻射出熱量而造成熱量計(jì)溫度的降低，因此這部分必須加入。經(jīng)過(guò)這樣校正后的溫差表示由于樣品燃燒使熱量計(jì)溫度升高的數(shù)值。圖 71-3 絕熱較差時(shí)的雷諾校正圖 圖 71-4 絕熱良好時(shí)的雷諾校正圖有時(shí)熱量計(jì)的絕熱情況良好，熱量散失少，而攪拌器的功率又比較大，這樣往往不斷引進(jìn)少量熱量，使得燃燒后的溫度最高點(diǎn)不明顯出現(xiàn)，這種情況下T仍然可以按照同法進(jìn)行校正（圖71-4）。必須注意，應(yīng)用這種作圖法進(jìn)行校正時(shí)，量熱計(jì)的溫度和外界環(huán)境溫度不宜相差太大（最好不超過(guò)2-3），否則會(huì)引起誤差。6. 燃燒熱測(cè)定實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵是什么？怎樣提高點(diǎn)火效率？答：燃燒熱測(cè)定

10、實(shí)驗(yàn)成功的首要關(guān)鍵是保證樣品完全燃燒；其次，還須使燃燒后放出的熱量盡可能全部傳遞給熱量計(jì)本身及其介質(zhì)，而幾乎不與周?chē)h(huán)境發(fā)生熱交換。壓片不能壓的太緊，點(diǎn)火絲與藥品要接觸良好，不要短路，可提高點(diǎn)火效率。7. 氧彈式量熱計(jì)在中，哪些部件屬于體系？哪些屬于環(huán)境？實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有無(wú)熱損耗?這些熱損耗對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有何影響?答：氧彈熱量計(jì)中氧彈、水桶、溫度計(jì)、攪拌器、桶中的水屬于體系，除了體系外的其他的部分都是環(huán)境。只要體系和環(huán)境間有溫差就會(huì)有熱損耗，當(dāng)環(huán)境溫度高于體系溫度時(shí)，環(huán)境就會(huì)向熱量計(jì)輻射熱量而使其溫度升高；當(dāng)體系溫度高于環(huán)境溫度時(shí)，熱量計(jì)就會(huì)向環(huán)境輻射而使熱量計(jì)的溫度降低，從而使燃燒前后溫度的變化不能

11、直接準(zhǔn)確測(cè)量，即直接測(cè)量的溫差不是測(cè)真實(shí)溫差。8. 氧彈充氣后，用萬(wàn)用表檢查兩電極，導(dǎo)電不良應(yīng)如何處理？答：把氧彈里面氧氣放掉，打開(kāi)氧彈蓋，檢查點(diǎn)火絲是否與電極接好，重新裝點(diǎn)火絲。9. 在燃燒熱的測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，哪些因素容易造成誤差？提高本實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度應(yīng)該從哪些方面考慮？答：在燃燒熱的測(cè)定實(shí)驗(yàn)中以下因素容易造成誤差：（1）樣品壓片過(guò)程中混入污染物、稱(chēng)重后脫落、造成稱(chēng)重誤差；（2）如果樣品燃燒后殘留了不易觀測(cè)到的試樣殘留物、而又把它當(dāng)作沒(méi)有殘留完全充分燃燒處理數(shù)據(jù)，勢(shì)必造成較大誤差；（3) 攪拌器功率較大，攪拌器不斷引進(jìn)的能量形成誤差；（4）熱量計(jì)的絕熱性能應(yīng)該良好，如果存在有熱漏，漏入的熱量造成誤

12、差；（5）數(shù)據(jù)處理中用直接測(cè)量的溫差當(dāng)成真實(shí)溫差進(jìn)行計(jì)算；提高本實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度應(yīng)該從以下幾方面考慮：（1）待測(cè)樣品需干燥，受潮樣品不易燃燒且稱(chēng)量有誤差；（2）嚴(yán)格控制樣品的稱(chēng)量范圍；（3）壓片機(jī)要專(zhuān)用，清潔干凈；（4）將壓片制成的樣品放在干凈的稱(chēng)量紙上，小心除掉易脫落部分，然后在分析天平上精確稱(chēng)量；（5）用用雷諾法校法得到真實(shí)溫差。11. 在燃燒熱的測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，所測(cè)溫差值為什么要進(jìn)行雷諾圖的校正？答：在燃燒熱的測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，只要體系和環(huán)境間有溫差就會(huì)有熱損耗，當(dāng)環(huán)境溫度高于體系溫度時(shí)，環(huán)境就會(huì)向熱量計(jì)輻射熱量而使其溫度升高；當(dāng)體系溫度高于環(huán)境溫度時(shí)，熱量計(jì)就會(huì)向環(huán)境輻射而使熱量計(jì)的溫度降低，從而使

13、燃燒前后溫度的變化不能直接準(zhǔn)確測(cè)量，即直接測(cè)量的溫差不是測(cè)真實(shí)溫差，因此必須經(jīng)過(guò)雷諾溫度校正圖進(jìn)行校正。有時(shí)熱量計(jì)的絕熱情況良好，熱量散失少，而攪拌器的功率又比較大，這樣往往不斷引進(jìn)少量熱量，使得燃燒后的溫度最高點(diǎn)不明顯出現(xiàn)，這種情況下T仍然可以按照同法進(jìn)行校正（圖71-4）。必須注意，應(yīng)用這種作圖法進(jìn)行校正時(shí)，量熱計(jì)的溫度和外界環(huán)境溫度不宜相差太大（最好不超過(guò)2-3），否則會(huì)引起誤差。圖 71-3 絕熱較差時(shí)的雷諾校正圖 圖 71-4 絕熱良好時(shí)的雷諾校正圖15. 在燃燒熱的測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，使用定量的已知燃燒熱的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)苯甲酸做什么?答：令k=m水C水+C計(jì), k為儀器常數(shù)，可以通過(guò)用定量的已知燃燒熱的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)苯甲酸在熱量計(jì)中燃燒，測(cè)出燃燒前后溫度的變化，求出k=（mQv+lQ點(diǎn)火絲+qv）/T。17. 在量熱測(cè)定中，還有哪些情況可能需要用到雷諾溫度校正方法？答：在量熱測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，如中和熱的測(cè)定、溶解熱的測(cè)定、稀釋熱的測(cè)定等，熱量計(jì)與周?chē)h(huán)境的熱