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文档简介
1 物质分解的加速度量热(ARC)实验实验预习:1.1实验目的(1)了解加速度量热仪(ARC)的基本原理、测试方法及应用。(2)熟悉ARC的仪器与基本操作。(3)学习分析ARC测试结果。1.2实验原理本实验采用英国THT公司生产的esARC,该设备主要由显示器和测试用主机构成,电脑机箱也在主机中。ARC的主要测试结构如图2.1所示:试样放置在球形样品池(故也称为样品球)中,样品球安装在镀镍铜夹套内,并连接有压力传感器和用于测量试样温度的热电偶。镀镍铜夹套包括上部、周边和底部三个区域,三个区域分别加热并由热电偶控制加热温度,固定在顶部和底部夹套内表面的两个热电偶,分别位于顶部和底部两个加热器的1/4间距处,另一热电偶直接夹持在球形样品容器的外表面。所有的热电偶都以误差小于0.01作为基准,通过保持样品球与夹套温度精确相等实现绝热条件,在绝热条件下,通过终端计算机记录样品放热反应过程的温度(压力)与时间、升温速率(压力)与温度的关系,绘制ARC曲线。图2.1 ARC实验原理示意图ARC的操作模式如图2.2所示:实验时,把准备好的样品球在绝热条件下加热到预先设定的初始温度,并经一定的等待时间(常为5-10min)以使之达成热平衡,然后观察其自反应放热速度是否超过设定值(通常为0.02min-1)。未检出放热时,将试样温度提高一个台阶,一般为5左右,经过一定时间待温度稳定后再检查其放热情况。如此按同样的步骤反复阶梯式探索若干次。一旦检知开始放热,实验系统便自动地进入严密的绝热控制,并按规定的时间或温度间隔记录下时间、温度、升温速率和压力这四个数据。反应进行至自放热速度低于设定值后,便由此温度开始再次进入阶梯式探索,即经过若干次加热-等待-搜寻(heat-wait-seek)的阶梯式循环探索,直至系统温度达到预先设置的终止温度才终止实验。图2.2 ARC的操作模式1.3实验材料和仪器(1)英国THT公司生产的加速度量热仪(esARC)(2)天平:分度值0. 1g(3)样品球(4)冷却用空压机(5)硝基乙烷(分析纯)实验报告:1 实验步骤(1)打开ARC主机上部的门;(2)称取0.318g的硝基乙烷,将带样的bomb接入设备中,接好压力管线,关门;(3)打开主机下部的门,打开电源,开电脑,关门;(4)打开电脑中的试验软件,设定试验程序。采用5为一个温度台阶,等待时间为10min,检出灵敏度为0.02/min,起始温度为120,终止温度为350;(5)校正压力值;(6)开始实验;(7)测试结束后空压机自动运行冷却设备;(8)冷却至设定温度后,打开设备上部的门,取出样品球,清洗样品球。(9)结束实验,关闭仪器。2 数据记录及处理采用THT公司提供的数据处理软件,输入硝基乙烷的比热容、密度等必要参数,拟合得到硝基乙烷分解的活化能、反应级数和指前因子等参数。(1)实验所得温度(压力)时间曲线从上图可知,初始阶段温升速率非常小,样品放热缓慢,根据Arrhenius方程,温度每升高10,反应速率增大2-3倍。(2)的ARC实验数据表(3)下图为最大反应速率到达时间的修正曲线,为实测值,为修正系数,为修正值2.6注意事项1) 实验前一定要打开空压机开关,以确保实验结束或升温过快时设备能自动降温。2) 样品重量一定要严格控制。发热量太大不但得不到正确的数据且会损坏仪器。3) 实验结束后一定要认真清洗样品球和连接管,否则其中残余的药品会影响下次实验的结果。2.7参考资料1 Townsend D. I., Tou J C. Thermal hazard evaluation by an accelerating rate calorimeter. Thermochimica Acta, 1980, 37: 1-302 钱新明, 王耘, 冯长根. 用加速量热仪研究KClO3/CuO/S/Mg-Al/C6Cl6的热分解. 物理化学学报, 20
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