燃燒熱的測定(共6頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上燃燒熱的測定實驗?zāi)康?、掌握用氧彈熱量計測量燃燒熱的原理及使用方法2、掌握溫差測量的實驗原理和技術(shù)3、掌握用雷諾圖解法進(jìn)行溫度校正的方法實驗原理本實驗采用環(huán)境恒溫式氧彈熱量計測量固體物質(zhì)的燃燒熱，熱量計的結(jié)構(gòu)及氧彈構(gòu)造見實驗教材第165頁。氧彈熱量計測量燃燒熱的原理是能量守恒定律：待測樣品在充滿高壓氧氣（約1.2Mpa）的氧彈內(nèi)完全燃燒，將釋放的熱量全部傳給氧彈及其周圍的介質(zhì)（水）和其它附件（包括測溫元件、攪拌器和內(nèi)水桶等），通過測量介質(zhì)的溫度變化（本實驗采用鉑電阻溫度計測量），求得待測樣品的燃燒熱，計算公式如下： (1)式中，w樣品和M樣品分別是被測樣品的質(zhì)量（g）

2、和摩爾質(zhì)量（g mol-1）；Qv,m為被測樣品的恒容摩爾燃燒熱，J mol-1； q1點火絲（銅絲）的燃燒熱, J g-1；x為燒掉的點火絲的質(zhì)量，g；q2為氧彈內(nèi)的N2生成硝酸時放出的熱量，J；K為儀器常數(shù), J mV-1；DV為記錄儀上輸出的不平衡電勢信號，mV。儀器常數(shù)K一般用已知燃燒熱的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)苯甲酸來標(biāo)定。實驗要求掌握的知識點（1）恒壓燃燒熱（Qp）與恒容燃燒熱（Qv）1mol物質(zhì)在恒溫、恒容或恒溫、恒壓下完全燃燒時所釋放的熱量稱為該物質(zhì)的恒容摩爾燃燒熱（Qv,m）或恒壓摩爾燃燒熱（Qp,m）。完全燃燒是指 C®CO2(g)，H®H2O(g)，S®SO

3、2(g)，N®N2(g)、Cl®HCl(aq)等。若將參與反應(yīng)的所有氣體看作是理想氣體，則Qv,m和Qp,m之間有如下關(guān)系式： (2)式中，nB(g)為參加燃燒反應(yīng)氣體組分的化學(xué)計量系數(shù)（反應(yīng)物為負(fù)，產(chǎn)物為正）；R為摩爾氣體常數(shù)；T為反應(yīng)的熱力學(xué)溫度。用氧彈熱量計測得的燃燒熱為恒容摩爾燃燒熱，然后由（2）式計算得到恒壓摩爾燃燒熱。（2）雷諾圖解法圖1 雷諾溫度校正示意圖用氧彈熱量計測量物質(zhì)的燃燒熱，關(guān)鍵在于測準(zhǔn)溫度變化值。雖然氧彈熱量計設(shè)計時，已采取措施盡量減少系統(tǒng)與環(huán)境之間的熱損失，使系統(tǒng)近似看成是一個絕熱系統(tǒng)，但實際上熱量計與周圍環(huán)境的熱交換無法完全避免，對溫差測量值有

4、影響，一般需按雷諾（Renolds）圖解法進(jìn)行溫度校正。具體方法為：稱取適量待測樣品，估計其燃燒后可使水溫上升1.5-2.0oC。預(yù)先調(diào)節(jié)水溫低于室溫1.0 oC左右。按操作步驟進(jìn)行測定，將燃燒前后觀察所得的一系列水溫和時間關(guān)系作圖，得一曲線如圖所示。圖中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(dāng)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線延長并交ab線于A、C兩點，AC間的溫差即為經(jīng)過校正的DT。圖中AA為開始燃燒到溫度上升至室溫這一段時間Dt1內(nèi)，由環(huán)境輻射和攪拌引起的能量所造成的升溫，故應(yīng)予扣除。CC為水溫升高到最高點D這一段時間Dt2內(nèi)，熱

5、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)。若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(jìn)的能量使得曲線不出現(xiàn)最高溫度點，此時也可采用上述方法進(jìn)行溫度校正。實驗注意事項1、待測樣品需干燥，受潮樣品不易燃燒且稱量有誤。2、燃燒第二個樣品時，內(nèi)筒水需調(diào)節(jié)水溫。3、稱量。苯甲酸：0.8-0.9 g；萘：0.5-0.6 g；蔗糖：1.3-1.4 g （為什么？）4、樣品壓片時，不宜太緊。樣品壓得太緊，點火困難且不易燃燒完全。5、萬用表測量兩電極間的電阻時，一般要求電阻值不大于20歐姆。實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果室溫：18.2 oC，大氣壓：101.45 kPa表1 實驗結(jié)果樣品樣品質(zhì)量/g銅

6、絲質(zhì)量/g剩余銅絲質(zhì)量/g燒掉銅絲質(zhì)量/g電勢信號/mV苯甲酸0.83820.04280.01050.03231.541萘0.52670.03650.00600.03051.496（1）儀器常數(shù)K的計算 (1)其中，苯甲酸Qv,m=-3226.9 J mol-1；銅絲（點火絲）燃燒熱q1=-2510 J g-1；q2忽略不計。將表1內(nèi)的有關(guān)數(shù)據(jù)代入（1）式，得K=-1445 J mV-1（2）萘恒容燃燒熱Qv的計算將表1中的有關(guān)數(shù)據(jù)和K值代入（1）式，得Qv（萘）=-5233.0 kJ mol-1（3）萘恒壓燃燒熱Qp的計算 (2)已知，所以，則Qp,m（萘）=-5237.8 kJ mol-1

7、結(jié)果分析與討論表2為文獻(xiàn)1提供的苯甲酸與萘的燃燒熱數(shù)據(jù)。表2 苯甲酸和萘的恒壓燃燒熱數(shù)據(jù)1恒壓燃燒熱KJ mol-1J g-1測定條件苯甲酸-3226.9-26410pq，20oC萘-5153.8-40205pq，25oC由文獻(xiàn)值計算得到萘的恒壓燃燒熱測量偏差：測量偏差=（5237.8-5153.8）/5153.8´100%=1.6%由此可見，實驗測量值比文獻(xiàn)值大，即實驗所測得的釋放的熱量比文獻(xiàn)報道要大，說明漏熱對測量結(jié)果影響不大，主要測量誤差可能包括以下三個方面：（1）沒有考慮空氣中N2生成硝酸時所放出的熱量，第二次實驗（萘燃燒熱的測量）時所釋放的熱量可能比第一次實驗（苯甲酸燃燒熱

8、的測量）多；（2）攪拌所引起的熱效應(yīng)。攪拌會使系統(tǒng)溫度升高，在兩次實驗中攪拌所產(chǎn)生的熱量可能不一樣，第二次產(chǎn)生的熱量可能更多；（3）兩次實驗所使用的水量不一樣。第二次實驗所用的水量可能比第一次少，導(dǎo)致儀器常數(shù)變大，從而使測量值偏大。思考題及參考答案1、燃燒熱測定中什么是系統(tǒng)？什么是環(huán)境？所謂系統(tǒng)，是指研究對象。在本實驗中，系統(tǒng)包括氧彈、內(nèi)水桶、介質(zhì)水、測溫元件、攪拌器等，可近似看成是一個絕熱系統(tǒng)。所謂環(huán)境，是指除系統(tǒng)之外且與系統(tǒng)有聯(lián)系的那一部分物質(zhì)與空間。在本實驗中，環(huán)境主要指內(nèi)水桶以外且與系統(tǒng)有聯(lián)系的那一部分物質(zhì)和空間，包括恒溫水夾套、外水桶蓋子上方的空氣等。2、實驗中引起系統(tǒng)和環(huán)境熱交換的

9、因素有哪些？如何避免熱損失？系統(tǒng)與環(huán)境之間進(jìn)行熱交換的途徑包括傳導(dǎo)、對流和輻射。內(nèi)水桶底部與外水桶不是直接接觸，而是用傳熱性差的材料制成的墊子隔開，減少傳導(dǎo)引起的熱損失；氧彈完全浸沒在介質(zhì)水中，使燃燒釋放的熱量全部傳給周圍的介質(zhì)；外水桶上部用蓋子蓋住，減少空氣對流；蓋子朝下的一面拋光，減少熱輻射。3、應(yīng)如何正確使用氧氣鋼瓶？一般高壓氣體鋼瓶使用注意事項：（1）高壓氣體鋼瓶放置場所要求通風(fēng)良好，溫度不超過35oC；（2）高壓氣體鋼瓶必須裝有調(diào)節(jié)器（即減壓器）時方可使用。調(diào)節(jié)器分氫、氧、乙炔等三種，不準(zhǔn)相互代用。壓力計、導(dǎo)管等也要專用；（3）安裝高壓氣體鋼瓶調(diào)節(jié)器應(yīng)牢緊，不得漏氣。開瓶時，出氣口處

10、不準(zhǔn)對人，緩慢開啟，不得過猛，否則沖擊氣流會使溫度升高，易引起燃燒或爆炸；（4）調(diào)節(jié)器卸下后，進(jìn)氣口切不可進(jìn)入灰塵等臟物，并需置于干燥及通風(fēng)的環(huán)境里保存；（5）在工作前應(yīng)先將高壓氣體輸入到調(diào)節(jié)器的高壓室，然后緩慢旋轉(zhuǎn)手柄（次級開關(guān)）調(diào)解氣流，以保證安全。實驗結(jié)束后，及時關(guān)好氣瓶閥門，同時將調(diào)節(jié)器的手柄旋松（即關(guān)的狀態(tài)）；（6）調(diào)節(jié)器、閥門及管道應(yīng)禁油。4、在計算萘的燃燒熱時，沒有用到3000mL水的數(shù)據(jù)，為什么在實驗中需要量準(zhǔn)水的體積呢？若水體積量得不準(zhǔn)，對測量結(jié)果有何影響？保證儀器常數(shù)不變。若第二次測量水體積量得不準(zhǔn)，則導(dǎo)致兩次測量的儀器常數(shù)不一樣，用第一次測量得到的儀器常數(shù)來計算第二次測量

11、的燃燒熱必然會引起偏差。第二次測量時用水偏少，則燃燒熱測量值偏大；反之，則偏小。5、如何知道氧彈內(nèi)的樣品已點燃？如何知道樣品已經(jīng)燃燒完全？若記錄儀上的電勢信號變大，表明氧彈內(nèi)的樣品已點燃。打開氧彈，若氧彈內(nèi)沒有明顯的殘渣，表明樣品已經(jīng)燃燒完全。6、如果內(nèi)水桶的水溫不加以調(diào)整，對測量結(jié)果會有什么影響？第一次實驗結(jié)束后，由于燃燒放熱，導(dǎo)致水溫升高，若不重新調(diào)節(jié)水溫，此時系統(tǒng)將向環(huán)境傳熱；第二次燃燒實驗過程中，由于放熱使介質(zhì)水與環(huán)境之間的溫差更大，引起更大的熱損失，將導(dǎo)致測量結(jié)果偏小。7、該實驗引起誤差的主要因素有哪些？為什么？引起誤差的主要因素包括：樣品稱量；系統(tǒng)與環(huán)境之間的漏熱；燃燒完全程度；兩次實驗使所用的水量不等；攪拌引起的額外熱效應(yīng)；空氣中N2變成硝酸所引起的熱效應(yīng)等。8、如何測定揮發(fā)性液體樣品的燃燒熱？分兩步進(jìn)行：第一步，測量膠囊的燃燒熱；第二步，將液體樣品放入膠囊中密封，測量膠囊和液體樣品的燃燒熱，該熱效應(yīng)扣除膠囊的燃燒熱，即得到液體樣品的燃燒熱。若膠囊不易點燃，可在膠囊上面放易燃物質(zhì)如苯甲酸等，起到助燃作用。9、若期望通過燃燒熱測定獲取苯的共振能，則應(yīng)如何設(shè)計實驗？用本實驗裝置測出苯、環(huán)己烯和環(huán)己烷的燃燒熱，即可求算苯的共振能。具體原理和測量步驟如下：苯、環(huán)己烯和環(huán)己烷三種分子都含有碳六