燃烧热的测定实验.doc

燃烧热的测定实验一. 实验目的 用氧弹量热计测定萘的燃烧热。二. 实验原理 在适当的条件下，许多有机物都能迅速而完全地进行氧化反应，这就为准确测定它们的燃烧热创造了有利条件。为了使被测物质能迅速而完全地燃烧，就需要有强有力的氧化剂。在实验中经常使用压力为25-30atm的氧气作为氧化剂。用氧弹量热计进行实验时，氧弹放置在装有一定量水的铜水桶中，水桶外是空气隔热层，再外面是温度恒定的水夹套。样品在体积固定的氧弹中燃烧放出的热、引火丝燃烧放出的热和由氧气中微量的氮气氧化成硝酸的生成热，大部分被水桶中的水吸收；另一部分则被氧弹,水桶、搅拌器及温度计等所吸收。在量热计与环境没有热交换的情况下，可以写出如下的热量平衡公式：-Qv.a-q.b+1.43c=W.h.+C总. （1）式中：Qv：被测物质的定容燃烧热 （cal .g-1 ）； a：被测物质的质量（g）；q：引火丝的燃烧热（cal .g-1 ）；b:烧掉了的引火丝质量（g）；1.43:硝酸生成热为-14300cal .mol-1 ，当用0.100NNaOH来滴定生成的硝酸时，每毫升碱相当于-1.43 cal ；c滴定生成的硝酸时，耗用0.100NNaOH毫升数；W:水桶中的水的质量（g）；h :水的比热（cal .g-1.-1）；C总 氧弹、水桶等的总热容(cal.-1 ); 与环境无热交换时的真实温差。如在实验时保持水桶中水量一定，把（1）式右端常数合并得到下式：-Qv.a-q.b+1.43c=k (2)式中：k= (W.h+C总) cal.-1，称为热量计的水当量。实际上，氧弹式热量计不是严格的绝热系统，加之由于传热速度的限制，燃烧后由最低温度达最高温度需一定的时间，在这段时间里系统与环境难免发生热交换，因而从温度计上读得的温差就不是真实的温差。为此，必须对读得的温差进行校正，下面是常用的经验公式：校正=(V+V1)/2m+V1r (3)式中：V:点火前，每半分钟量热计的平均温度变化；V1:样品燃烧使量热计温度达最高而开始下降后，每半分钟的平均温度变化； m:点火后，温度上升很快（大于每半分钟0.3 ）的半分钟间隔数。r:点火后，温度上升较慢的半分钟间隔数。在考虑了温差校正后，真实温差应该是： = t高-t低.+ 校正式中：t低.:点火前读得量热计的最低温度； t高: 点火后，量热计达到最高温度后，开始下降的第一读数。（3）式的意义，可由图11的温度-时间曲线来说明。曲线的AB段初期体系温度随时间变化的规律，BC代表温度上升很快阶段，CD代表主期，DE代表达最高温度后的末期体系温度随时间变化的规律。从B点开始点火到最高温度D公经历了m+r次读数间隔，在这段时间里，体系与环境热交换引起的温度变化可做如下估计：体系在CD段的温度已接近最高温度，由于热损失引起的温度下降规律应与DE段的基本相同，故CD段的温度共下降V1r。而BC段介于低温和高温之间，只好采取两区域温度变化的平均值来估计，故BC段的温度变化为(V+V1)/2m。因此，总的温度改正即如（3）式所示。从（2）式可知，要测得样品的Qv 必须知道仪器的水当量K。测量的方法是以一定量的已知燃烧热的标准物质（常用苯甲酸，其燃烧热以标准试剂瓶上所标明的数值为准）在相同的条件下进行实验，测得t低. ,t高并用（3）式算出校正后，就可按（2）式算出K值。三 仪器与试剂 GR-3500型氧弹量热计（附压片机）一台；分析天平一部；1L、2L容量瓶各1个；50ml碱滴定管1支；150ml锥形瓶1个。分析纯苯甲酸；分析纯萘；棉纱；引火丝；0.100NNaOH标准溶液；酚酞指示剂。四 实验步骤(一)量热计水当量的测定1.用布擦净压片模，在台秤上称约1g的苯甲酸，进行压片。样片若被沾污，可用小刀刮净，然后在干净的玻璃板上敲击2-3次，再在分析天平上准确称量。2.用手拧开氧弹盖，将盖放在专用架上，装好专用的石英杯或不锈钢杯。用移液管取10ml蒸馏水放入弹筒中。3.将样片放入石英杯中。剪取12cm引火丝，在天平上称量后，将引火丝中段在直径1.5-2mm铁丝上绕56周使成螺旋体，然后将引火丝两端在两电极上缠紧，使中间螺旋部分靠近样品。用万用表检查两电极是否通路。盖好并用手拧紧弹盖，关好出气口，拧下进气管上的螺钉，换接上导气管的螺钉，导气管的另一端与氧气钢瓶上的氧气减压阀连接。打开钢瓶上的阀门及减压阀缓缓进气，达到2530atm后，关好钢瓶阀门及减压阀，拧下氧弹上导气管的螺钉，把原来的螺钉装上，用万能表检查氧弹上导电的两极是否通路，若不通，则需放出氧气，打开弹盖进行检查。4.于量热计水夹套中装入自来水。用容量瓶准确量取3L自来水装入干净的铜水桶中，水温应较夹套水温低0.5左右。用手扳动搅拌器检查桨叶是否与器壁相碰。在两极上接上点火导线，装上已调好的贝克曼温度计（或量热温度计），盖好盖子开动搅拌器。贝克曼温度计的调整见附录。5.待温度基本稳定后，开始读点火前最初阶段的温度，每隔半分钟读一次，共10个间隔，读数完毕，立即按电钮点火。指示灯熄灭表示着火（如不着火可适当增加电流，重新点火），继续每半分钟读一次温度读数，至温度开始下降后，再读取最后阶段的10次读数，便可停止实验。温度上升很快阶段的温度读数可较粗略，最初阶段和最后阶段则需精密到0.002 。点火完后注意关好点火开关，以免下次实验时自动提前点火。6.停止实验后关闭搅拌器，先取下温度计，再打开温热计盖，取出氧弹并将其拭干，打开放气阀门缓缓放气。放完气后，拧开弹盖，检查燃烧是否完全，若弹内有碳黑或未燃烧的试样时，则应认为实验失败。若燃烧完全，则将燃烧后剩下的引火丝在分析天平上称量，并用少量蒸馏水洗涤氧弹内壁，将洗涤液收集在150ml锥形瓶中，煮沸片刻，用酚酞作指示剂，以0.100NNaOH 滴定。最后倒去铜水桶中的水，用毛巾擦干全部设备，以待进行下一次实验。(二)萘的燃烧热的测定在台秤上称约0.8g的萘进行压片，其余操作与前相同。五 数据处理 根据实验数据计算：1. 量热计的水当量。2. 萘的定容燃烧热及定压燃烧热，并与文献值