物化實驗(燃燒熱、相圖、活化能)

1、實驗七 燃燒熱的測定、實驗?zāi)康?、實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗原理、藥品儀器、藥品儀器、實驗步驟、實驗步驟、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)處理、思考題、思考題、注意事項、注意事項u 用氧彈量熱計測定蔗糖的燃燒熱。u了解量熱法的基本原理，掌握量熱法測定燃燒 熱的實驗方法；u 了解氧氣鋼瓶的操作規(guī)程。. 實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康? 實驗原理實驗原理1.1. 燃燒熱燃燒熱1mol 物質(zhì)在一個大氣壓完全氧化時的反應(yīng)熱稱為燃燒熱。物質(zhì)在一個大氣壓完全氧化時的反應(yīng)熱稱為燃燒熱。 在恒壓條件下測定的燃燒熱稱為恒壓燃燒熱在恒壓條件下測定的燃燒熱稱為恒壓燃燒熱Qp(= H )；在恒容條件下測定的燃燒熱稱為恒容燃燒熱在恒容條件下測定的燃燒熱稱

2、為恒容燃燒熱Qv(= U )。 H= U+ (PV)QP=QV+ nRT n為反應(yīng)前后生成物和反應(yīng)物中氣體的物質(zhì)的量之差。為反應(yīng)前后生成物和反應(yīng)物中氣體的物質(zhì)的量之差。若把參加反應(yīng)的氣體和反應(yīng)生成的氣體作為理想氣體若把參加反應(yīng)的氣體和反應(yīng)生成的氣體作為理想氣體處理，則有下列關(guān)系式：處理，則有下列關(guān)系式： B (g) ：計量系數(shù)，對生成物為正值，對反應(yīng)物為負值。計量系數(shù)，對生成物為正值，對反應(yīng)物為負值。RTQQBgBmVmP )(, 例如：對苯甲酸例如：對苯甲酸： 2.測量測量 氧彈量熱計是一種環(huán)境恒溫式的量熱計氧彈量熱計是一種環(huán)境恒溫式的量熱計 。 氧彈量熱計的基本原理是氧彈量熱計的基本原理是

3、能量守恒定律能量守恒定律。樣品完。樣品完全燃燒所釋放的能量使得氧彈本身及其周圍的介質(zhì)全燃燒所釋放的能量使得氧彈本身及其周圍的介質(zhì)（本實驗中為水）以及和量熱計有關(guān)附件的溫度升高。（本實驗中為水）以及和量熱計有關(guān)附件的溫度升高。測量介質(zhì)在燃燒前后溫度的變化值，就可求算該樣品測量介質(zhì)在燃燒前后溫度的變化值，就可求算該樣品的恒容燃燒熱。的恒容燃燒熱。 Q = C系系 T T是體系吸熱后的溫度升高；是體系吸熱后的溫度升高； C系系為體系的熱容，由燃燒一定的標準物質(zhì)來測定。為體系的熱容，由燃燒一定的標準物質(zhì)來測定。Q1 = m苯甲酸苯甲酸 26.48 + l燃燒絲燃燒掉長度燃燒絲燃燒掉長度,cm6.69

4、10-3-26.48kJg-1為苯甲酸的為苯甲酸的恒容恒容燃燒熱；燃燒熱； 6.6910-3kJ為每為每1cm燃燒燃燒絲放出的熱量。絲放出的熱量。 標準物質(zhì)苯甲酸完全燃燒后，放出的熱標準物質(zhì)苯甲酸完全燃燒后，放出的熱Q1可通過計可通過計算得到，通過測量算得到，通過測量T ，可得熱容，可得熱容C系系Q1 = C系系T1 C系系由標準物質(zhì)燃燒熱確定體系熱容：Q1的計算的計算？蔗糖燃燒熱的測定：C12H22O11(s)+12O2(g)=12CO2(g) + 11H2O(l) n(g)=0Q2 = C系系 T2Q2Qv,m = Qp,m = Hm 量熱體系與環(huán)境的熱交換無法完全避免，這可以是環(huán)境向量熱

5、計輻射進熱量而使其溫度升高，也可以是由于量熱計向環(huán)境輻射出熱量而使量熱計的溫度降低。因此燃燒前后溫度的變化值不能直接準確測量，而必須經(jīng)過作圖法加以校正，校正的方法如下。 雷諾溫度校正圖 圖中b點意味著燃燒開始,熱傳入介質(zhì);c點為觀察到的最高溫度值;從相當(dāng)于室溫的H點作水平線交曲線與O,過O點作垂線AB，再將ab線和cd線延長并交AB線于F、E兩點，其間的溫度差值即為經(jīng)過校正的T。圖中E E 為開始燃燒到溫度上升至室溫這一段時間t1內(nèi)，由環(huán)境輻射和攪拌引進的能量所造成的升溫，故應(yīng)予扣除。FF為由室溫升到最高點c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，EF

6、兩點的差值較客觀地表示了樣品燃燒引起的升溫數(shù)值。 . 儀器和試劑儀器和試劑氧彈量熱計氧彈量熱計 1臺臺 壓片機壓片機 1臺臺 萬用表萬用表 1只只 貝克曼溫度計貝克曼溫度計 1支支 點火絲點火絲 容量瓶（容量瓶（1000ml） 1只只 氧氣鋼瓶及減壓閥氧氣鋼瓶及減壓閥 1只只 蔗糖（蔗糖（A.R.） 苯甲酸（苯甲酸（A.R.） . 實驗步驟實驗步驟(1) (1) 加水加水 用容量瓶準確量取用容量瓶準確量取3L3L自來水加入水桶。自來水加入水桶。(2) (2) 壓片壓片 在電子臺秤上粗稱在電子臺秤上粗稱0.80.81.0g1.0g苯甲酸苯甲酸（或蔗糖，壓片前須研磨），在壓片機中壓成片狀，（或蔗糖

7、，壓片前須研磨），在壓片機中壓成片狀，再準確稱重。再準確稱重。(3) (3) 接燃燒絲接燃燒絲 將氧彈的彈頭放在彈頭架上，把已將氧彈的彈頭放在彈頭架上，把已量長度的點火絲的兩端分別緊繞在氧彈頭上的兩根量長度的點火絲的兩端分別緊繞在氧彈頭上的兩根電極上，中部緊貼樣品表面。電極上，中部緊貼樣品表面。氧彈蓋氧彈蓋氧彈體氧彈體氧彈架氧彈架(4) (4) 充氧充氧 (5) (5) 入量熱計入量熱計(6) (6) 讀數(shù)讀數(shù) 點火前每隔一分鐘讀一次數(shù)，約四五個點，點火前每隔一分鐘讀一次數(shù)，約四五個點，點火后每隔點火后每隔3030秒讀一次數(shù)，數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，每隔一分秒讀一次數(shù)，數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，每隔一分鐘一次，繼續(xù)讀鐘

8、一次，繼續(xù)讀5 5個數(shù)據(jù)點個數(shù)據(jù)點。(7) (7) 量剩余點火絲長度量剩余點火絲長度 待處理數(shù)據(jù)時用。待處理數(shù)據(jù)時用。氧氣氧氣鋼瓶鋼瓶高壓表高壓表低壓表低壓表總閥門總閥門低壓表調(diào)低壓表調(diào)節(jié)螺桿節(jié)螺桿 充氣時，首先將氧彈進氣管口的螺栓卸下，將高壓充氣時，首先將氧彈進氣管口的螺栓卸下，將高壓鋼瓶導(dǎo)氣管與進氣孔相連。打開鋼瓶總開關(guān)，然后順時鋼瓶導(dǎo)氣管與進氣孔相連。打開鋼瓶總開關(guān)，然后順時針轉(zhuǎn)動低壓表壓力調(diào)節(jié)螺桿，使低壓表顯示值為針轉(zhuǎn)動低壓表壓力調(diào)節(jié)螺桿，使低壓表顯示值為0.5MPa。然后開啟氧彈出口大約然后開啟氧彈出口大約20秒（有嘶嘶的響聲），借以趕秒（有嘶嘶的響聲），借以趕出彈中空氣（此時仍進氣

9、）。關(guān)閉氧彈出口。繼續(xù)順時出彈中空氣（此時仍進氣）。關(guān)閉氧彈出口。繼續(xù)順時針轉(zhuǎn)動低壓表壓力調(diào)節(jié)螺桿使氧彈中充大約針轉(zhuǎn)動低壓表壓力調(diào)節(jié)螺桿使氧彈中充大約1.2MPa的氧的氧氣。逆時針方向轉(zhuǎn)動減壓閥手柄至放松位置，旋下導(dǎo)氣氣。逆時針方向轉(zhuǎn)動減壓閥手柄至放松位置，旋下導(dǎo)氣管，將氧彈的進氣螺栓旋上。再次用萬用表檢查氧彈中管，將氧彈的進氣螺栓旋上。再次用萬用表檢查氧彈中兩電極間的電阻。兩電極間的電阻。 數(shù)字式貝克數(shù)字式貝克曼溫度計曼溫度計點火控制器點火控制器量熱計量熱計. 實驗數(shù)據(jù)記錄與處理實驗數(shù)據(jù)記錄與處理實驗數(shù)據(jù)記錄: 室溫:_；氣壓:_kPa；實驗日期:_；儀器名稱型號:_記錄數(shù)據(jù): 燃燒絲長度_

10、mm；苯甲酸（或蔗糖）樣品重_g；剩余燃燒絲長度_mm；水溫_。 點火前：每隔一分鐘讀一次數(shù)，約四五個點；點火前：每隔一分鐘讀一次數(shù)，約四五個點；點火后：每隔點火后：每隔3030秒讀一次數(shù)，數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，每隔一分鐘一次，秒讀一次數(shù)，數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，每隔一分鐘一次， 繼續(xù)讀繼續(xù)讀5 5個數(shù)據(jù)點。個數(shù)據(jù)點。1、分別作苯甲酸及待測物蔗糖的溫度、分別作苯甲酸及待測物蔗糖的溫度-時間曲線，時間曲線， 通過作圖求出它們在燃燒前后引起的實際溫升值通過作圖求出它們在燃燒前后引起的實際溫升值 T1 和和 T2。 2、水當(dāng)量的計算；、水當(dāng)量的計算；3、蔗糖燃燒熱的計算。、蔗糖燃燒熱的計算。數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)處理：. 注意事

11、項注意事項1 1、壓片不能太緊或太松。、壓片不能太緊或太松。2 2、點火絲一定要和試樣片接觸，不能和金屬器皿相接觸。、點火絲一定要和試樣片接觸，不能和金屬器皿相接觸。3 3、氧彈內(nèi)不要忘記加水。、氧彈內(nèi)不要忘記加水。4 4、氧氣鋼瓶在開總閥前要檢查減壓閥是否關(guān)好；實驗結(jié)、氧氣鋼瓶在開總閥前要檢查減壓閥是否關(guān)好；實驗結(jié)束后要關(guān)上鋼瓶總閥，注意排凈余氣，使指針回零。束后要關(guān)上鋼瓶總閥，注意排凈余氣，使指針回零。. 思考題思考題1 1、固體樣品為什么要壓成片狀？、固體樣品為什么要壓成片狀？2 2、在氧彈里加、在氧彈里加10mL10mL蒸餾水起什么作用？蒸餾水起什么作用？3 3、本實驗中，那些為體系？

12、那些為環(huán)境？實驗過程中有、本實驗中，那些為體系？那些為環(huán)境？實驗過程中有 無熱損耗，如何降低熱損耗？無熱損耗，如何降低熱損耗？4 4、為什么實驗測量得到的溫差值要用雷諾圖解法校正？、為什么實驗測量得到的溫差值要用雷諾圖解法校正？5 5、使用氧氣鋼瓶和減壓閥時有那些注意事項？、使用氧氣鋼瓶和減壓閥時有那些注意事項？6 6、欲測定液體樣品的燃燒熱，你能想出測定方法嗎？、欲測定液體樣品的燃燒熱，你能想出測定方法嗎？實驗八二組分體系氣液相圖 、實驗?zāi)康?、實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗原理、藥品儀器、藥品儀器、實驗步驟、實驗步驟、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)處理、思考題、思考題、注意事項、注意事項. 實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康?.用

13、沸點儀測定標準壓力下環(huán)已烷-乙醇雙液 系的氣液平衡相圖。繪制溫度-組成圖，并 找出恒沸混合物的組成及恒沸點的溫度。2.了解用沸點儀測量液體沸點的方法。3.了解阿貝折光儀的測量原理和使用方法。 兩種液態(tài)物質(zhì)混合而成的二組分體系稱為雙液系。根據(jù)兩組分間溶解度的不同，可分為完全互溶、部分互溶和完全不互溶三種情況。兩個組分若能按任意比例互相融解，稱為完全互溶雙液系。液體的沸點是指液體的蒸汽壓與外界壓力相等時的溫度。在一定的外壓下，純液體的沸點有其確定值。但雙液系的沸點不僅與外壓有關(guān)，而且還與兩種液體的相對含量(組成)有關(guān)。1. 1. 氣氣- -液相圖液相圖P定，可以畫出體系的溫度定，可以畫出體系的溫度

14、t和組分和組分x的關(guān)系圖。這就是的關(guān)系圖。這就是T-x相圖。相圖。. 實驗原理實驗原理完全互溶雙液系的沸點組成圖1.混合物的沸點介于兩種純組分之間(a)；2.混合物存在著最高沸點(b)；3.混合物存在著最低沸點(c). 為了測定雙液系的為了測定雙液系的T- x圖圖,需在氣液平衡后需在氣液平衡后,同時測定雙液系的同時測定雙液系的沸點沸點和和液相、氣相的平液相、氣相的平衡組衡組成成。實驗中氣液平衡組分的分離是通過沸點儀。實驗中氣液平衡組分的分離是通過沸點儀實現(xiàn)的實現(xiàn)的,而各相組成的準確測定可通過阿貝折而各相組成的準確測定可通過阿貝折光儀測量折射率進行。光儀測量折射率進行。 本實驗測定的環(huán)己烷本實驗

15、測定的環(huán)己烷-乙醇雙液系相圖屬于具有乙醇雙液系相圖屬于具有最低恒沸點的體系。方法是利用沸點儀在大氣壓下直最低恒沸點的體系。方法是利用沸點儀在大氣壓下直接測定一系列不同組成混合物的氣液平衡溫度接測定一系列不同組成混合物的氣液平衡溫度(沸點沸點),并收集少量氣相和液相冷凝液并收集少量氣相和液相冷凝液,分別用阿貝折光率儀分別用阿貝折光率儀測定其折射率測定其折射率,根據(jù)折射率與標樣濃度之間的關(guān)系根據(jù)折射率與標樣濃度之間的關(guān)系,查查得所對應(yīng)的氣相、液相組成。得所對應(yīng)的氣相、液相組成。2.2.沸點測定儀沸點測定儀 圖圖8.2 8.2 沸點儀結(jié)構(gòu)圖沸點儀結(jié)構(gòu)圖 本實驗所用沸點儀如圖本實驗所用沸點儀如圖8.2

16、所示所示.這是一只帶回流冷凝管這是一只帶回流冷凝管的長頸圓底燒瓶。冷凝管底部有一半球形小室的長頸圓底燒瓶。冷凝管底部有一半球形小室,用以收集用以收集冷凝下來的氣相樣品。電流經(jīng)變壓器和粗導(dǎo)線通過浸于冷凝下來的氣相樣品。電流經(jīng)變壓器和粗導(dǎo)線通過浸于溶液中的電熱絲。這樣既可以減少溶液沸騰時的過熱現(xiàn)溶液中的電熱絲。這樣既可以減少溶液沸騰時的過熱現(xiàn)象象,還能防止暴沸。溫度計外套的小玻璃管有利于降低周還能防止暴沸。溫度計外套的小玻璃管有利于降低周圍環(huán)境對溫度計讀數(shù)可能造成的波動。圍環(huán)境對溫度計讀數(shù)可能造成的波動。 通常通常,測定一系列不同配比溶液的沸點及氣、液兩相的測定一系列不同配比溶液的沸點及氣、液兩相

17、的組成組成,就可以繪制氣就可以繪制氣-液體系的相圖。壓力不同時液體系的相圖。壓力不同時,雙液系相雙液系相圖將略有差異。圖將略有差異。3.3.組成分析組成分析 本實驗選用的環(huán)己烷和乙醇，兩者折光率相本實驗選用的環(huán)己烷和乙醇，兩者折光率相差頗大差頗大, ,二折光率測定又只需要少量樣品二折光率測定又只需要少量樣品, ,所以所以, ,可用折光率可用折光率- -組成工作曲線來測得平衡體系中兩組成工作曲線來測得平衡體系中兩相的組成。相的組成。 測定折光率：阿貝折光儀 . 儀器和試劑儀器和試劑儀器：沸點儀一套；阿貝折光儀；1 kV 調(diào)壓變壓器；05 A 交流電表；溫度計 50100 (最小分度 0.1 )

18、1支；試管、滴管、 燒杯。試劑：環(huán)已烷(AR)；乙醇(AR)；丙酮(AR)；重蒸餾水；冰。 . 實驗步驟實驗步驟1. 校正阿貝折光儀：用乙醇校正阿貝折光儀：用乙醇 (折光率折光率=1.3594)2. 測標準環(huán)已烷測標準環(huán)已烷-乙醇溶液的折光率。乙醇溶液的折光率。3. 安裝沸點儀，測乙醇（正己烷）和溶安裝沸點儀，測乙醇（正己烷）和溶液沸點及氣液相折射率。液沸點及氣液相折射率。12345678注意注意：a、當(dāng)液體沸騰、溫度穩(wěn)定后（一般在沸騰后 1015 分鐘可達平衡），記下沸騰溫度及環(huán)境溫度。 b、切斷電源，停止加熱。冷卻液體。取氣液相樣品。 c、測定平衡時的氣相樣品與液相樣品的折光率。每一 樣品

19、要測量兩次，并取其平均值。. 實驗數(shù)據(jù)處理實驗數(shù)據(jù)處理1用坐標紙繪出環(huán)己烷與乙醇摩爾百分組成的用坐標紙繪出環(huán)己烷與乙醇摩爾百分組成的 標準工作曲線。標準工作曲線。 2將氣相和液相樣品的折光率將氣相和液相樣品的折光率(已校正已校正)，從折光，從折光 率率組成的標準工作曲線上查得相應(yīng)組成。組成的標準工作曲線上查得相應(yīng)組成。 3. 將由標準工作曲線查得的溶液組成及校正后的沸將由標準工作曲線查得的溶液組成及校正后的沸 點列表，并繪制環(huán)已烷點列表，并繪制環(huán)已烷-乙醇氣乙醇氣-液平衡相圖。由液平衡相圖。由 相圖確定該體系最低恒沸點及恒沸混合物的組成。相圖確定該體系最低恒沸點及恒沸混合物的組成。. 注意事項

20、注意事項1.濃度換算；濃度換算；2.測定折光率時測定折光率時,動作應(yīng)迅速動作應(yīng)迅速,以避免樣品中易揮發(fā)組分損失以避免樣品中易揮發(fā)組分損失,確確 保數(shù)據(jù)準確；保數(shù)據(jù)準確；3.電熱絲一定要被溶液浸沒后方可通電加熱電熱絲一定要被溶液浸沒后方可通電加熱,否則電熱絲易燒否則電熱絲易燒 斷或燃燒著火；斷或燃燒著火；4.每種濃度樣品其沸騰狀態(tài)應(yīng)盡量一致。即氣泡使連續(xù)均勻地冒每種濃度樣品其沸騰狀態(tài)應(yīng)盡量一致。即氣泡使連續(xù)均勻地冒 出為好出為好,不要過于激烈也不要過慢。測定純環(huán)己烷、純乙醇沸點不要過于激烈也不要過慢。測定純環(huán)己烷、純乙醇沸點 時必須保證沸點儀內(nèi)潔凈干燥；時必須保證沸點儀內(nèi)潔凈干燥；5.先開冷卻水

21、先開冷卻水,再加熱再加熱,系統(tǒng)真正達到平衡后系統(tǒng)真正達到平衡后,停止加熱停止加熱,稍冷卻后方稍冷卻后方 可取樣分析?？扇臃治?。. 思考題思考題1. 沸點儀中的小球體積過大或過小，對測量有何影沸點儀中的小球體積過大或過小，對測量有何影響響?2. 若在測定時，存在過熱或分餾作用，將使測得的若在測定時，存在過熱或分餾作用，將使測得的相圖圖形產(chǎn)生什么變化相圖圖形產(chǎn)生什么變化?3. 按所得相圖，討論環(huán)已烷按所得相圖，討論環(huán)已烷-乙醇溶液蒸餾時的分離乙醇溶液蒸餾時的分離情況。情況。4. 如何判定氣如何判定氣-液相已達平衡？液相已達平衡？實驗九反應(yīng)活化能的測定、實驗?zāi)康摹嶒災(zāi)康?、實驗原理、實驗原理、藥品儀器、藥品儀器、實驗步驟、實驗步驟、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)處理、思考題、思考題、注意事項、注意事項 1.了解反應(yīng)活化能的意義及測定方法的一般原 理，理解計時法原理和條件； 2.用計時法測定一級反應(yīng)的活化能。 . 實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康? 實驗原理實驗原理一級反應(yīng)： lncA,0/cA=ln(a/(a-x)= kt = C反應(yīng)(2)比反應(yīng)(1)快得多。一旦NaS2O3耗盡，反應(yīng)(1)生成的微量I3-就立即與淀粉作用，使溶液呈藍色。記下反應(yīng)開始至溶液出現(xiàn)藍色的時間t 。 由(1)和(2)可知： c(S2O82