1燃燒熱的測(cè)定

1、基本實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一焚燒熱的測(cè)定目的要求學(xué)會(huì)用氧彈熱量計(jì)測(cè)定有機(jī)物焚燒熱的方法。明確焚燒熱的定義，認(rèn)識(shí)恒壓焚燒熱與恒容焚燒熱的差異。掌握用雷諾法和公式法校訂溫差的兩種方法。掌握壓片技術(shù)，熟習(xí)高壓鋼瓶的使用方法，會(huì)用精細(xì)電子溫差丈量?jī)x測(cè)定溫度的改變值?；鶃碓蠢碛袡C(jī)物的焚燒焓cHm是指1摩爾的有機(jī)物在P時(shí)完整焚燒所放出的熱量，往常稱焚燒熱。焚燒產(chǎn)物指定該化合物中C變成CO2(g)，H變成H2O(l)，S變成SO2(g)，N變成N2(g)，Cl變成HCl(aq)，金屬都成為游離狀態(tài)。焚燒熱的測(cè)定，除了有其實(shí)質(zhì)應(yīng)用價(jià)值外，還可用來求算化合物的生成熱、化學(xué)反響的反響熱和鍵能等。量熱方法是熱力學(xué)的一個(gè)基本實(shí)驗(yàn)方

2、法。熱量有Qp和Qv之分。用氧彈熱量計(jì)測(cè)得的是恒容焚燒熱Qv；從手冊(cè)上查到的焚燒熱數(shù)值都是在298.15K，101.325kPa條件下，即標(biāo)準(zhǔn)摩爾焚燒焓，屬于恒壓焚燒熱Qp。由熱力學(xué)第必定律可知，Qv=U；Qp=H。若把參加反響的氣體和反響生成的氣體都作為理想氣體辦理，則它們之間存在以下關(guān)系：H=U+(PV)Qp=Qv+nRT式中，n為反響前后反響物和生成物中氣體的物質(zhì)的量之差；R為氣體常數(shù)；T為反響的熱力學(xué)溫度。在本實(shí)驗(yàn)中，設(shè)有mg物質(zhì)在氧彈中焚燒，可使Wg水及量熱器自己由T1高升到T2，令C代表量熱器的熱容，Q為該有機(jī)物的恒容摩爾焚燒熱，則：mvQv=(Cm+W)(T2-T1)M/m式中，

3、M為該有機(jī)物的摩爾質(zhì)量。該有機(jī)物的焚燒熱則為：cHm=rHm=Qp=Qv+nRT=-M(Cm+W)(T2-T1)/m+nRT由上式，我們可先用已知焚燒熱值的苯甲酸，求出量熱系統(tǒng)的總熱容量(Cm+W)后，再用相同方法對(duì)其他物質(zhì)進(jìn)行測(cè)定，測(cè)出溫升T=T2-T1，代入上式，即可求得其焚燒熱。3儀器試劑GR3500型氧彈熱量計(jì)1套直尺1把精細(xì)電子溫差丈量?jī)x1臺(tái)剪刀1把氧氣鋼瓶1個(gè)萬用電表1個(gè)氧氣減壓閥1個(gè)臺(tái)秤1臺(tái)壓片機(jī)1臺(tái)引燃專用絲容量瓶(1000mL，500mL)各1個(gè)苯甲酸(剖析純)萘(剖析純)4實(shí)驗(yàn)步驟測(cè)定熱量計(jì)的水當(dāng)量(即總熱容量)壓片用臺(tái)秤預(yù)稱取0.9g1.1g的苯甲酸，在壓片機(jī)上壓成圓片。

4、樣片壓得太緊，點(diǎn)火時(shí)不易所有焚燒；壓得太松，樣品簡(jiǎn)單零落。將壓片制成的樣品放在潔凈的濾紙上，當(dāng)心除掉有污染和易零落部分，而后在剖析天平上精準(zhǔn)稱量。裝氧彈a截取20cm的鎳鉻焚燒絲，在直徑約3mm的玻璃棒上，將此中段繞成螺旋形5圈6圈。將氧彈蓋取下放在專用的彈頭座上，用濾紙擦凈電極及不銹鋼坩堝。先放好坩堝，而后用鑷子將樣品放在坩堝正中央。將準(zhǔn)備好的焚燒絲兩頭固定在電極上，并將螺旋部分緊貼在樣品的上表面，而后當(dāng)心旋緊氧彈蓋。用萬用表檢查兩電極間的電阻值，一般不該大于20。充氧氣第一，充氣前先用扳手輕輕擰緊氧彈上的放氣閥。第二，用手?jǐn)Q掉氧彈上的充氣閥螺絲，將氧氣鋼瓶上的充氣管螺絲擰入充氣閥，用扳手輕

5、輕擰緊。檢查氧氣鋼瓶上的減壓閥，使其處于封閉狀態(tài)，再翻開氧氣鋼瓶上的總開關(guān)。而后輕輕擰緊減壓閥螺桿(擰緊即是翻開減壓閥)，使氧氣遲緩進(jìn)入氧彈內(nèi)。待減壓閥上的減壓表壓力指到1.8MPa2.0MPa之間時(shí)停止，使氧彈和鋼瓶之間的氣路斷開。這時(shí)再?gòu)难鯊椛先∠鲁錃饴萁z，并將本來氧彈上的充氣閥螺絲擰回原處。充氣完成封閉氧氣鋼瓶總開關(guān)，并擰松壓閥螺桿。安裝熱量計(jì)：熱量計(jì)包含外筒、攪拌馬達(dá)、內(nèi)筒和控制臺(tái)等。先放好內(nèi)筒，調(diào)整好攪拌，注意不要碰釘子。將氧彈放在內(nèi)筒正中央，接好點(diǎn)火插頭，加入3000mL自來水。插入精細(xì)電子溫差丈量?jī)x上的測(cè)溫探頭，注意既不要和氧彈接觸，又不要和內(nèi)筒壁接觸，使導(dǎo)線從蓋孔中出來，安裝完

6、成。再次用萬用表檢查電路能否通暢。數(shù)據(jù)丈量：翻開攪拌，穩(wěn)固后翻開精細(xì)電子溫差丈量?jī)x，監(jiān)督內(nèi)筒溫度。待溫度基本穩(wěn)固后開始記錄數(shù)據(jù)，整個(gè)數(shù)據(jù)記錄分為三個(gè)階段：早期：這是樣品焚燒從前的階段。在這一階段觀察和記錄四周環(huán)境和量熱系統(tǒng)在試驗(yàn)開始溫度下的熱互換關(guān)系。每隔1分鐘讀取溫度1次，共讀取6次。主期：從點(diǎn)火開始至傳熱均衡稱為主期。在讀取早期最末1次數(shù)值的同時(shí)，旋轉(zhuǎn)點(diǎn)火旋鈕即進(jìn)入主期。此時(shí)每0.5min讀取溫度1次，直到溫度不再上漲而開始降落的第1次溫度為止。末期：這一階段的目的與早期相同，是察看在試驗(yàn)后期的熱互換關(guān)系。此階段還是每0.5min讀取溫度1次，直至溫度停止降落為止(約共讀取10次)。停止觀

7、察溫度后，從熱量計(jì)中拿出氧彈，慢慢旋開放氣閥，在5min左右放盡氣體，擰開并取下氧彈蓋，氧彈中若有煙黑或未燃盡的試樣剩余，試驗(yàn)失敗，應(yīng)重做。實(shí)驗(yàn)結(jié)束，用干布將氧彈內(nèi)表面面和彈蓋擦凈，最好用熱風(fēng)將彈蓋及零件吹干或風(fēng)干。萘的焚燒熱的測(cè)定：稱取0.8g1g萘，用相同的方法進(jìn)行測(cè)定。數(shù)據(jù)辦理用雷諾法校訂溫差。詳細(xì)方法為：將焚燒前后察看所得的一系列水平和時(shí)間關(guān)系作圖，得一曲線，如圖-1-1所示。圖-1-1雷諾溫度校訂圖圖-1-2絕熱優(yōu)秀狀況下的雷諾校訂圖圖中H點(diǎn)意味著焚燒開始,熱傳入介質(zhì);D點(diǎn)為察看到的最高溫度值;從相當(dāng)于室溫的J點(diǎn)作水平線交曲線與I,過I點(diǎn)作垂線ab，再將FH線和GD線延伸并交ab線于

8、A、C兩點(diǎn)，此間的溫度差值即為經(jīng)過校訂的T。圖中-1-1AA為開始焚燒到溫度上漲至室溫這一段時(shí)間t1內(nèi)，由環(huán)境輻射和攪拌引進(jìn)的能量所造成的升溫，故應(yīng)予扣除。CC為由室溫升到最高點(diǎn)D這一段時(shí)間t2內(nèi)，熱量計(jì)向環(huán)境的熱漏造成的溫度降低，計(jì)算時(shí)一定考慮在內(nèi)，故可以為，AC兩點(diǎn)的差值較客觀地表示了樣品焚燒惹起的升溫?cái)?shù)值。在某些狀況下，熱量計(jì)的絕熱性能優(yōu)秀，熱漏很小，而攪拌器功率較大，不停引進(jìn)的能量使得曲線不出現(xiàn)極高溫度點(diǎn)，如圖-1-2。校訂方法相像。(3)用公式法校訂溫差：量結(jié)果按以下公式計(jì)算：K=(Qa+gb)/(T-T。)+t式中K量熱系統(tǒng)的熱容量；-1Q苯甲酸的熱值(Jg)；a苯甲酸的重量(g)

9、；-1g焚燒絲的熱值(Jg)；b實(shí)質(zhì)耗費(fèi)的引火絲重量(g)；T直接觀察到的主期的最后溫度；T0直接觀察到的主期的最先溫度；t熱量計(jì)熱互換校訂當(dāng)。熱量計(jì)熱互換校訂當(dāng)t，用奔特公式計(jì)算：t=m(v+v1)/2+v1r式中：v早期溫度變率；v1末期溫度變率；m在主期中每0.5min溫度上漲不小于0.3的間隔數(shù)，第一間隔不論溫度高升多少度都計(jì)入m中；r：在主期每半分鐘溫度上漲小于0.3的間隔數(shù)；記錄及計(jì)算示例：室溫：22.3；外筒溫度：22.5；內(nèi)筒溫度：21.8；苯甲酸熱值：26465Jg-100.848)120.849340.850早期560.851780.8529100.853點(diǎn)火11.0902

10、1.93032.390m=342.61052.72262.78272.817主期82.83792.849=12102.856112.860122.861132.862142.862152.86112.86022.85932.85842.85752.856末期62.85572.85482.85392.852102.851v=(0.848-0.853)/10=-0.0005v1=(2.861-2.851)/10=0.001t=(-0.0005+0.001)3/2+0.00112=0.01275a=1.1071ggb=33.44JK=(264651.107+33.44)/(2.861-0.853+0

11、.01275)=14515J-1萘的焚燒熱按以下公式計(jì)算：Qv=(T-T0+t)K-gb/G；Qv用氧彈熱量計(jì)測(cè)得的恒容焚燒熱(Jg-1)；G樣品萘的質(zhì)量(g)；其他符號(hào)的意義同前。（3）火絲焚燒值：鎳鉻絲為-3242Jg-1或1.4Jcm-1；鐵絲為-6694Jg-1或2.9Jcm-1苯甲酸焚燒熱為-26460Jg1作苯甲酸和萘焚燒的雷諾溫度校訂后，由T計(jì)算系統(tǒng)的熱容量和萘的恒容焚燒熱Qv，并計(jì)算其恒壓焚燒熱Qp；再用公式法計(jì)算系統(tǒng)的熱容量和萘的恒容焚燒熱Qv，并計(jì)算其恒壓焚燒熱Qp。并分別比較測(cè)定結(jié)果的相對(duì)百分偏差。文件值恒壓焚燒焓kcalmol-1kJmol-1Jg-1測(cè)定條件苯甲酸3226.87-3226.9-26410p，20萘5153.85-5153.8-40205p，20注意事項(xiàng)試樣在氧彈中焚燒產(chǎn)生的壓力可達(dá)14MPa。所以在使用后應(yīng)將氧彈內(nèi)部擦潔凈，免得惹起彈壁腐化，減少其強(qiáng)度。氧彈、量熱容器、攪拌器在使用完成后，應(yīng)用干布擦去水跡，保持表面潔凈干