燃燒熱的測定

1、燃燒熱的測定1. 簡述燃燒熱測定的實驗原理。答：1mol的物質(zhì)完全燃燒時所放出的熱量稱為燃燒熱。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。在氧彈式熱量計中測得燃燒熱為Qv，而一般熱化學(xué)計算用的值為Qp，兩者可通過下式進行換算： 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、。測量燃燒熱的儀器稱為熱量計。本實驗采用氧彈式熱量計，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圍的介質(zhì)（實驗用水）和熱量計有關(guān)的附件溫度升高，測量介質(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點火絲 + qV = (C計 + 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點火絲為點火絲的燃

3、燒熱(J·g-1)；l為燃燒了的點火絲的質(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，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計為氧彈、水桶、溫度計、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）。如在實驗過程中，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 + C水m水則： m Qv + lQ點火絲 + qV = k T (3) k為儀器常數(shù)?？梢酝ㄟ^用已知燃燒熱的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(如苯

4、甲酸)放在量熱計中燃燒，測出燃燒前后溫度變化，則： k = (m Qv + lQ點火絲 + qv )/T (4)用同樣的方法把待測物質(zhì)置于氧彈中燃燒，由溫度的升高和儀器的熱容，即可測定待測物質(zhì)的恒容燃燒熱Qv，從(1)式計算恒壓燃燒熱Qp。實驗中常忽略qV的影響，因為氧彈中的N2相對于高壓O2而言可以忽略，其次因滴定HNO3而帶來的誤差可能會超過N2本身帶來的誤差，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，從而計算出儀器常數(shù)k，然后再測定恒容燃燒熱根據(jù)公式轉(zhuǎn)換的實際恒壓燃燒熱。2. 在使用氧氣鋼瓶及氧氣減壓閥時，應(yīng)注意哪些事項

5、？答：在使用氧氣鋼瓶及氧氣減壓閥時，應(yīng)注意以下幾點：(1) 氧氣瓶及其專用工具嚴(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)禁陽光暴曬。(3) 氧氣減壓閥要專用，安裝時螺扣要上緊。(4) 開啟氣瓶時，操作者應(yīng)站在側(cè)面，即不要面對減壓閥出口，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，然后松掉氣體流量螺桿。如果不松掉調(diào)節(jié)螺桿，將使彈簧長期壓縮，就會疲勞失靈(6) 氣體將用完時，氣瓶中的氣體殘余壓力一般不應(yīng)小于幾個兆帕/平方厘米，不得用完。(7) 氣瓶必須進行定期技術(shù)檢驗，有問題時要及時處理，

6、不能帶病運行。(8) 請仔細(xì)閱讀氣瓶及氣體減壓閥的使用說明書，以得到更詳細(xì)的介紹。3. 測定非揮發(fā)性可燃液體的熱值時，能否直接放在氧彈中的不銹鋼杯里測定？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)點燃，這樣才能保證樣品完全燃燒。4. 燃燒熱的測定實驗中，標(biāo)定量熱計熱容后，測定試樣時忘記換鐵桶中的水對實驗有無影響？為何要嚴(yán)格控制樣品的稱量范圍？答：有影響，因為熱容是溫度的函數(shù)，不同溫度下量熱計的熱容嚴(yán)格來講不等。樣品質(zhì)量太少了溫差測量誤差較大，樣品質(zhì)量太多了，不能保證燃燒完全。5. 在燃燒熱的測定實驗中，為什么要測真

7、實溫差？怎樣測定？答：在燃燒熱的測定實驗中，實驗成功的首要關(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本身及其介質(zhì)，而幾乎不與周圍環(huán)境發(fā)生熱交換。為了做到這一點，熱量計在設(shè)計制造上采取了幾種措施，例如：在熱量計外面設(shè)置一個套殼，此套殼有些是恒溫的，有些是絕熱的。因此，熱量計又可分為主要包括恒溫式熱量計和絕熱式熱量計。另外，熱量計壁高度拋光，這是為了減少熱輻射。量熱計和套殼間設(shè)置一層擋屏，以減少空氣的對流。但是，熱量的散失仍然無法完全避免，這可以是由于環(huán)境向熱量計輻射熱量而使其溫度升高，也可以是由于熱量計向環(huán)境輻射而使熱量計的溫度降低。因此，燃燒前后溫度的變化值不能

8、直接準(zhǔn)確測量，而必須經(jīng)過雷諾（Renolds）溫度校正圖進行校正。具體方法如下。當(dāng)適量待測物質(zhì)燃燒后使熱量計中的水溫升高1.5-2.0。將燃燒前后歷次觀測到的水溫記錄下來，并作圖，連成abcd線（圖71-3）。圖中b點相當(dāng)于開始燃燒之點，c點為觀測到的最高溫度讀數(shù)點，由于量熱計和外界的熱量交換，曲線ab及cd常常發(fā)生傾斜。取b點所對應(yīng)的溫度T1，c點對應(yīng)的溫度T2，其平均溫度為T，經(jīng)過T點作橫坐標(biāo)的平等線TO，與折線abcd相交于O點，然后過O點作垂直線AB，此線與ab線和cd線的延長線交于E，F(xiàn)兩點，則E點和F點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)境輻射進來的熱量所

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

10、實驗成功的首要關(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本身及其介質(zhì)，而幾乎不與周圍環(huán)境發(fā)生熱交換。壓片不能壓的太緊，點火絲與藥品要接觸良好，不要短路，可提高點火效率。7. 氧彈式量熱計在中，哪些部件屬于體系？哪些屬于環(huán)境？實驗過程中有無熱損耗?這些熱損耗對實驗結(jié)果有何影響?答：氧彈熱量計中氧彈、水桶、溫度計、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)境間有溫差就會有熱損耗，當(dāng)環(huán)境溫度高于體系溫度時，環(huán)境就會向熱量計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，熱量計就會向環(huán)境輻射而使熱量計的溫度降低，從而使燃燒前后溫度的變化不能

11、直接準(zhǔn)確測量，即直接測量的溫差不是測真實溫差。8. 氧彈充氣后，用萬用表檢查兩電極，導(dǎo)電不良應(yīng)如何處理？答：把氧彈里面氧氣放掉，打開氧彈蓋，檢查點火絲是否與電極接好，重新裝點火絲。9. 在燃燒熱的測定實驗中，哪些因素容易造成誤差？提高本實驗的準(zhǔn)確度應(yīng)該從哪些方面考慮？答：在燃燒熱的測定實驗中以下因素容易造成誤差：（1）樣品壓片過程中混入污染物、稱重后脫落、造成稱重誤差；（2）如果樣品燃燒后殘留了不易觀測到的試樣殘留物、而又把它當(dāng)作沒有殘留完全充分燃燒處理數(shù)據(jù)，勢必造成較大誤差；（3) 攪拌器功率較大，攪拌器不斷引進的能量形成誤差；（4）熱量計的絕熱性能應(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)處理中用直接測量的溫差當(dāng)成真實溫差進行計算；提高本實驗的準(zhǔn)確度應(yīng)該從以下幾方面考慮：（1）待測樣品需干燥，受潮樣品不易燃燒且稱量有誤差；（2）嚴(yán)格控制樣品的稱量范圍；（3）壓片機要專用，清潔干凈；（4）將壓片制成的樣品放在干凈的稱量紙上，小心除掉易脫落部分，然后在分析天平上精確稱量；（5）用用雷諾法校法得到真實溫差。11. 在燃燒熱的測定實驗中，所測溫差值為什么要進行雷諾圖的校正？答：在燃燒熱的測定實驗中，只要體系和環(huán)境間有溫差就會有熱損耗，當(dāng)環(huán)境溫度高于體系溫度時，環(huán)境就會向熱量計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，熱量計就會向環(huán)境輻射而使熱量計的溫度降低，從而使

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