实验二 燃烧热测定

实验二燃烧热测定1目的要求：(1)学会用氧弹热量计测定有机物燃烧热的方法。(2)明确燃烧热的定义，了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别。(3)掌握用雷诺法和公式法校正温差的两种方法。(4)掌握压片技术，熟悉高压钢瓶的使用方法。学会用精密电子温差测量仪测定温度的改变值。2基本原理：有机物的燃烧焓△cH0m是指lmol的有机物在p0时完全燃烧所放出的热量，通常称燃烧热。燃烧产物指定该化合物中C变为C02(g)，H变为H2O(l)，S变为SO2(g)，N变为N2(g)，Cl变为HCl(aq)燃烧热的测定，除了有其实际应用价值外，还可用来求算化合物的生成热、化学反应的反应热和键能等，具有重要的理论价值。量热方法是热力学的一个基本实验方法。热量有Qp和Qv之分。用氧弹热量计测得的是恒容燃烧热Qv；从手册上查到的燃烧热数值都是在298.15K，101.325kPa条件下，即标准摩尔燃烧焓，属于恒压燃烧热Qp。由热力学第一定律可知，在不做其他功的条件下，Qv=△U；Qv=△H。若把参加反应的气体和反应生成的气体都作为理想气体处理，则它们之间存在以下关系：△H=△U+△(pv)Qp=Qv+△nRT式中，△n为反应前后生成物和反应物中气体的物质的量之差；R为气体常数；T为反应的热力学温度(量热计的外桶温度，环境温度)。在本实验中，设有mg物质在氧弹中燃烧，可使Wg水及量热器本身温度由T1升高到T2，令C代表量热器的热容，QV为该有机物的恒容摩尔燃烧热，则：∣QV∣=(C+W)(T2-T1)·M／m式中M为该有机物的摩尔质量。该有机物的燃烧热则为：△cHm=△rHm=Qp=Qv+△nRT=-M(C+W)(T2-T1)／m+△nRT由上式，我们可先用已知燃烧热值的苯甲酸，求出量热体系的总热容量(C+W)后，再用相同方法对其他物质进行测定，测出温升△T=T2-T1，代入上式，即可求得其燃烧热。3仪器与试剂：氧弹热量计(WHR一15微机型)1套、容量瓶(1000mL)1个、氧气钢瓶1个、氧气减压阀1个、苯甲酸(分析纯)、萘(分析纯)、直尺1把、压片机1台、剪刀1把、引燃专用丝4实验步骤：氧弹热量计有不同型号，使用方法不完全相同，本实验采用WHR一15微机型氧弹式热量计。一般步骤如下：(1)热量计的水当量(即总热容量)的测定1.试剂和材料(1)苯甲酸：已知热值．其热值应经国家计量机关检定。(2)作点火用的金属丝(铁、镍、铂、铜)直径小于0.2毫米，将其切成长度约80-120毫米的线段(长度依据氧弹内部构造和点火系统确定)再把等长的10一15根线段同时放在分析天平上称重，并计算出每根的平均重量．铁丝6700J／g镍铬丝1400J／g铜丝2500J／g棉线17500J／g(3)氧气：不应有氢和其他可燃物，禁止使用电解氧。2.操作顺序：热量计的热容量就是与其量热体系具有相同热容量的水的重量(以克计)。热量计热容量表数值上等于量热体系温度升高1℃热量计热容量用已知热值苯甲酸，在氧弹内用燃烧的方法测定。试样的测定应与热容量的测定在完全相同的条件下进行。当操作条件有变化时，如更换或修理热量计上的另件，更换温度计，室温与上次测定热容量时的室温相差超过5℃(1)用研钵将苯甲酸研细，在100—105℃烘箱中烘干3--4小时冷却到室温，放在称量瓶中，在盛有硫酸的干燥器中干燥，直到每克苯甲酸的重量变化不大于0.0005克时为止。称取此苯甲酸约1.0-1.2克，用压片机压成片(引火线压在片内)(2)在氧弹中加入10毫升蒸馏水，把盛有苯甲酸的坩埚固定在坩埚架上，再将点火线的两端固定在两个电极上，点火线勿接触坩埚(可预先检查)，拧紧氧弹上的盖，然后通过进气管缓慢地通入氧气，直到弹内压力为1.4-1.6MPa大气压为止。氧弹不应漏气，如有漏气现象，应找出原因，子以修理。(3)将充有氧气的氧弹放入量热容器(内筒)中，加入蒸馏水约3000克(称准到0.5克)加入的水应淹到氧弹进气阀螺帽高度的2／3处。每次用量必须相同。如以量体积代替称重，必须按不同温度时水的比重加以校正(应事先作出校正表(4)蒸馏水的温度应根据室温和恒温外套(外筒)水温来调整，在测定开始时外筒水温与室温相差不得超过0.5℃．当使用热容量较大(如3000克左右)的热量计时，内筒水温，比外筒水温应任低0.7℃，当使用热容量较小(如2000克左右(5)将测温探头插入内筒，测温探头和搅拌器均不得接触氧弹和内筒。整个实验分为三个阶段：1.初期：这是试样燃烧以前的阶段。在这一阶段观测和记录周围环境与量热体系在试验开始温度下的热交换关系。每隔半分钟读取温度一次，共读取十一次，得出十个温度差(即十个间隔数)。2.主期：燃烧定量的试样，产生的热量传给热量计，使热量计装置的各部份温度达到均匀。在初期的最末一次读取温度的瞬间，按下点火键点火(点火时的电压应根据点火线的粗细试验确定。在点火线与两极连接好后，不放入氧弹内，通电实验以点火线烧断为适合)，然后开始读取主期的温度，每半分钟读取温度一次，直到温度不再上升而开始下降的第一次温度为止，这个阶段算作为主期。3.末期：这一阶段的目的与初期相同，是观察在试验终了温度下的热交换关系．在主期读取最后一次温度后，每半分钟读取温度一次，共读取十次作为实验的未期．（7)停止观测温度后，从热量计中取出氧弹，用放气帽缓缓压下放气阀，在1分钟左右放尽气体，拧开并取下氧弹盖，量出未燃完的引火线长度，计算其实际消耗的重量．随后仔细检查氧弹，如弹中有烟黑或未燃尽的试样微粒，此试验应作废。如果未发现这些情况，用蒸馏水洗涤弹内各部份，坩埚和进气阀，将全部洗弹液和坩埚中的物质收集在洁净的烧杯中，洗弹液量应为150-200毫升。(8)用干布将氧弹内外表面和弹盖拭净，最好用热风将弹盖及另件吹干或风干。(9)将盛洗弹液的烧杯加盖微沸5分钟，加两滴1％酚酞，以0.1N氢氧化钠液滴到粉红色，保持15秒不变为止。(10)热容量的测定结果不得少于5次，每两次何的误差不应超过40焦耳．如果前四次间的误差不超过20焦耳，可以省去第五次测定，取其算术平均值，作为最后结果。(二)试样热值的测定：萘的燃烧热的测定称取0.8～1g萘，用同样的方法进行测定。5数据处理：1.用公式法校正温差．(1)测定结果按下列公式计算：K=(Qa+gb+1.43×4.18×C)／Δt式中：K--热量计的热容量(J／K)Q--苯甲酸的热值(J／g)a一苯甲酸重量(g)g--点火线的燃烧热(J／g)b—实际消耗的点火线重量(g)1.43—相当于1毫升0.1N氢氧化钠溶液的硝酸的生成热和溶解热。C一滴定洗弹液所消耗的0.IN氢氧化钠溶液容积(毫升)。(2)热量计热交换校正值Δt，用奔特公式计算。△t=(V+V1)*m／2+Vl×r式中：V—初期温度速度Vl—末期温度速度m一在主期中每平分钟温度上升不小予0.3℃的间隔数。第一个间隔不管温度升多少都计入mr—在主期每年分钟温度上升小于0.3℃(3)记录及计算示例：室内温度—22.3外筒温度—22.5内筒温度一21.8所用苯甲酸的热值为26328／g。V=(0.848—0.853)／10=0.0005V1=(2.861-2.851)／lO=0.001。‘△t=(-O.0005+0.001)×3／2+0.001×12=0.01275a=1.1071gb=34JC=4.01毫升K=(26328×1.107+8+1.43=4.18×4.01)／(2.861-0.853+0.01275)=14533(J／K)(2)用雷诺法校正温差具体方法为：将燃烧前后观察所得的一系列水温和时间关系作图，得一曲线，如图1所示。图1雷诺法校正温差在图1(a)中，H点意味着燃烧开始，热传人介质；D点为观察到的最高温度值；从相当于室温的J点作水平线交曲线于I，过I点作垂线ab，再将FH线和GD线延长并分别交ab线于A、C两点，其间的温度差值即为经过校正的△T。图1(a)中AA′为开始燃烧到温度上升至室温这一段时间△t1内，由环境辐射和搅拌引进的能量所造成的升温，故应予扣除。CC′为由室温升到最高点D这一段时间△t2内，热量计向环境的热漏造成的温度降低，计算时必须考虑在内。故可认为，A、C两点的差值较客观地表示了样品燃烧引起的升温数值。在某些情况下，热量计的绝热性能良好，热漏很小，而搅拌器功率较大，不断引进的能量使得曲线不出现极高温度点，如图1(b)所示。校正方法相似。作苯甲酸和萘燃烧的雷诺温度校正后，由△T计算体系的热容量和萘的恒容燃烧热QV,并计算其恒压燃烧热QP；再用公式法计算体系的热容量和萘的恒容燃烧热QV，并计算其恒压燃烧热QP。并分别比较测定结果的相对百分误差。(5)文献值其值见表2。6注意事项：1.试样在氧弹中燃烧产生的压力可达14MPa。因此在使用后应将氧弹内部擦干净，以免引起弹壁腐蚀，减小其强度。2.氧弹、量热容器、搅拌器在使用完毕后，应用干布擦去水迹，保持表面清洁干燥。3.氧气遇油脂会爆炸。因此氧气减压器、氧弹以及氧气通过的各个部件，各连接