【实验设计】燃烧热的测定2012.5.31.doc

一、萘的燃烧热测定【实验原理】燃烧热是指1mol物质完全燃烧时放出的热量在恒容条件下测得的燃烧热成为恒容燃烧热（），其值等于这个过程的内能变化（）在恒压件下测得的燃烧热成为恒压燃烧热（），它等于这个过程的焓变（）若把参加反应的气体视为理想气体，则恒容燃烧热（）与恒压热效应（）的关系为：（1-1）式中，为产物中气体的摩尔数之和与反应物中气体的摩尔数之和的差值；R为气体常数；T为反应的绝对温度若测得某物质恒压燃烧热或恒容燃烧热中的任何一个，就可根据式（1-1）计算另外一个化学反应的热效应通常是用恒压热效应来表示的，而且习惯上用表示测量热效应的仪器称为量热计（卡计）量热计的种类很多，本实验是使用恒温微机量热计来测定萘（）的燃烧热，所测得的燃烧热是恒容燃烧热（）测量的基本原理是能量守恒定律一定量的待测样品在氧弹中完全燃烧，燃烧时放出的热量使量热计的温度升高，通过测定燃烧前后此温度的变化值，可以求算该样品的燃烧热其计算式如下：（1-2）式中，m 待测物质的质量（g） 点火丝的质量（g）， 待测物质的燃烧热（J/mol） 点火丝的燃烧热，本实验所用点火铁丝 样品燃烧前后量热计温度的变化值；C 量热计常数，它是量热计（包括其中的水）升高一度时所吸收的热量通常用已知燃烧热的物质标定量热计常数一般采用高纯度的苯甲酸作为标准物质，恒容燃烧热当已知量热计常数K之后，即可利用上式通过实验测定其它物质的燃烧热燃烧过程中温度随时间变化的曲线如图1-1中的曲线abcd所示其中ab段表示实验前期，b点相当于开始燃烧之点；bc段相当于反应期；cd段则为后期由于量热计与周围环境有热量交换，热漏的现象还是无法完全避免的，所以曲线ab和cd常常发生倾斜，在量热实验中所测量的温度变化值实际上是必须经过雷诺作图法加以校正其校正的方法如下：取b点所对应的温度T1，取c点所对应的温度T2，其平均温度为T，经过T点作横坐标的平行线TO与曲线abcd相交于O点，然后通过O点作垂线AB，垂线与ab线和cd线的延长线分别相交于E、F两点，则E、F两点所表示的温差即为所求的温度变化值图中EE表示由于环境辐射进来的热量所造成的温度升高，这部分是应当扣除的；而FF表示量热计向环境辐射出热量所造成的温度降低，这部分是应当加入的经过上述温度的校正所得的温度差EF表示了由于样品燃烧使量热计温度升高的数值如果燃烧前量热计的水温稍低或量热计绝热性能较好，则反应后期的温度并不降，在这种情况下的仍然按着上述方法进行校正（如图1-2所示）【仪器和试剂】氧弹量热计1台压片机1台燃烧热测定仪1台量筒（2000mL）一个氧气钢瓶及减压阀点火用铁丝万用电表苯甲酸（A.R.）萘（A.R.）【操作步骤】1. 用标准苯甲酸标定量热计的量热计常数C（1）截取35cm的点火铁丝，准确称量（2）准确称量已经预先压成片状的干燥的苯甲酸样品（不超过1g）放入燃烧皿中，然后把燃烧皿放在氧弹金属弯环上，并装好点火丝点火丝应触及样品的表面，但切不可触及坩埚旋紧氧弹盖，用万用表检查两电极是否通路，若通路则旋紧氧弹盖，将氧弹放到充氧器下，对准充气孔，拉下扳手充氧，压力表指示数为3MPa，5秒钟后松开扳手，充氧完毕再用万用表检查两电极是否通路，若通路则进行下一步实验，否则需要放气检查（3）将盛水桶（内筒）从量热计中取出，擦净水用容量瓶量取3000ml蒸馏水，倒入盛水桶内将盛水桶放入外筒的绝热支架上，注意放置要稳固将氧弹放在内筒的固定坐上，然后接上点火电极插头，盖上筒盖（点火线应压在盖边缘的线槽内），将探头（热电偶）插入内筒插孔开动搅拌开关（4）开启燃烧热测定仪，将“基点温度选择”键按在相应的档上（一般使数值显示在03.5范围内），显示数值加上基点温度档所指示的数值就是实际温度值（5）各项准备就绪后，按“点火”键，并每隔30秒记录燃烧热测定仪上的温度示数当水温均匀上升后，每隔60秒记录一次温度值当温度停止上升23分钟后停止记数（6）当量热计常数C测定结束后，停止搅拌将热电偶从内筒插孔移到外筒插孔，再打开筒盖，取出氧弹，擦净水，用放气阀放出燃烧废气，旋开氧弹盖，检查样品燃烧的情况若氧弹中没有未燃尽的剩余物，表明燃烧完全；反之，实验失败，需要重新实验2. 萘的燃烧热的测定（1）粗称0.6g左右的萘，用压片机将其压成片此后的操作同上述“1. 用标准苯甲酸标定量热计的量热计常数C”的（1）（6）（2）记录苯甲酸、萘的质量、燃烧前后点火丝的质量以及各试样的T-t数据用作图法求出出苯甲酸和萘燃烧引起的量热计温度变化值，根据式（1-2）计算测量系统的量热计常数C，并由此计算萘的恒容燃烧热（3）根据式（1-1），求出萘的恒压燃烧热【实验数据处理】1. 苯甲酸在量热计中燃烧时的T-t表，并作T-t图t（s）060120180240300360420480540600660T（）苯甲酸在量热计中燃烧时的T-t图由图得_，计算得量热计常数C=_kJ/2. 萘在量热计中燃烧时的T-t表，并作T-t图t（s）060120180240300360420480540600660T（）萘在量热计中燃烧时的T-t图由图得_，计算得萘的恒容燃烧热为_kJ/mol萘的恒压燃烧热为_ kJ/mol，与标准值的百分误差为_%【注意事项】1. 点火丝与电极接线柱的连接要牢固，点火丝的两头切勿与氧弹的内壁接触，点火丝中间下凹的最低处与样品之间的距离以1cm左右为宜2. 压片时不要用力过大因为样品片太硬时不易被引燃，样品片的硬度应以用手稍用力即可破碎为宜另外，平时样品应保存于干燥器中，因为受潮样品不易燃烧且使称量有误3. 为确保点火的成功率，也可在样品片上加一条已知燃烧热的棉线，或者考虑使用两根点火丝另外，氧弹的充氧量应确保在3MPa左右4. 氧弹充气时，严禁钢瓶、阀门、工具扳手及操作者手上沾有油脂，以防止燃烧和爆炸5. 开启阀门时，人不要站在钢瓶出气处，头不要在钢瓶头之上，以保人身安全6. 开启总阀门前，氧气表调压阀应处于关闭状态