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文檔簡介

1、燃燒熱的測(cè)定1. 簡述燃燒熱測(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圍的介質(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)??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(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而帶來的誤差可能會(huì)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(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(shí)螺扣要上緊。(4) 開啟氣瓶時(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,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(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明書,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)有無影響?為何要嚴(yán)格控制樣品的稱量范圍?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),而幾乎不與周圍環(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,并作圖,連成abcd線(圖71-3)。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),由于量熱計(jì)和外界的熱量交換,曲線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,經(jīng)過T點(diǎn)作橫坐標(biāo)的平等線TO,與折線abcd相交于O點(diǎn),然后過O點(diǎn)作垂直線AB,此線與ab線和cd線的延長線交于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),而幾乎不與周圍環(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)過程中有無熱損耗?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(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(cè)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(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量有誤差;(2)嚴(yán)格控制樣品的稱量范圍;(3)壓片機(jī)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(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)與周圍環(huán)境的熱

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