燃烧热的测定燃烧热的测定湘南学院化学与生命科学系 实验目的实验目的1.通过燃烧热的测定, 掌握有关热化学实验的一般知识和测量技术, 了解氧弹式量热计的原理、 构造和使用方法。2.了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别及相关关系。3.学会应用图解法校正温度的改变值。 实验原理实验原理1mol物质在标准压力下(101. 325KPa) 完全燃烧时所放出的热量称为燃烧热。在恒容条件下测得的燃烧热为恒容燃烧热(QV=内能变化△U) , 在恒压条件下测得的燃烧热为恒压燃烧热(QP=热焓变化△H ) , 若把参加反应的气体和反应生成的气体作为理想气体处理, 则存在下列关系式:QP= QV+△nRT式中:△n--生成物和反应物气体的物质的量之差;R--摩尔气体常数, 8. 315J/K•mol;T--反应前后的绝对温度, K(取反应前后的平均值) 。 所谓完全燃烧: 是指该物质中C变为CO2(气) , H变为H2O(液) , S变为SO2(气) , N变为N2(气) , Cl变为HCl(水溶液) 金属如银等都成为游离状态。本实验采用氧弹式量热计测量物质的燃烧热。 图Ⅱ-2-1氧弹式量热计的结构1. 氧弹 2. Beckman温度计 3. 内筒4. 挡板 5. 恒温水夹套 6. 水夹套温度计7. 电动机 8. 搅拌器 氧弹式量热计测量燃烧热的基本原理是: 假设环境与量热体系没有热量交换, 样品完全燃烧所放出的热量全部用于量热体系的温度改变, 那么 , 如果测得温度改变值T和量热体系的水当量(即量热体系温度升高1 ℃时所需的热量) , 就可以计算样品的燃烧热。 根据能量守恒原理, 用苯甲酸标定量热体系的水当量(Vρ C+C卡) 或C卡:式中: W—苯甲酸的质量, g;QV—苯甲酸的燃烧热, 26465J/g;q—引火丝的燃烧热, 3. 136J/cm或3242J/g;b—引火丝的长度, cm或g;V—量热容器中水的体积, ml;C—水的比热, 4. 1868J/g•K;ρ —水的密度, g/ml;C卡—除水以外的量热体系的热容, J/K;T—校正后的温度变化值, K。TCTCCV(qbWQV`)卡卡 萘燃烧热QV的测定:式中: M----为萘的分子量, 128. 17g/mol;C卡----由苯甲酸标定求得;其它符号同上。TCTCCV(qbWQV`)卡卡 药品仪器药品仪器1. 氧弹式量热计( 附压片 机) ;2. 氧气钢瓶( 附减压阀及氧气表) ;3. 万用 表;4. 引 火丝( Φ0. 12mmCu-Ni丝, q=3. 136J/cm) ;5. 贝 克曼温度计;6. 电子天平;7. 容量瓶( 500ml、 1000ml) ;8. 苯甲酸( AR, 烘干后置于干燥器内) , 萘( AR) ; 氧弹式量热计氧弹式量热计 氧气钢瓶( 附减氧气钢瓶( 附减压阀及氧气表)压阀及氧气表) 图Ⅱ -2-3 氧弹剖面1.厚壁圆筒;2、 5.电极;3.螺帽;4.进气孔;6.排气孔;7.弹盖;8.火焰遮板;9.燃烧皿。 实验步骤实验步骤样品压片 和装置氧弹氧弹充氧气装置热量计点火燃烧和升温的测量整理设备, 准备下一步实验称取0. 6g左右的萘, 用 上述方法测定萘的燃烧热。 (1) 称取1g左右的苯甲酸(不得超过1.1g) ;(2) 量取14cm长的引火丝, 中间用细铁丝绕几圈做成弹簧形状, 在天平上准确称量;(3) 将引火丝放在模子的底板上, 然后将模子底板装进模子中, 并倒入称好的苯甲酸样品;(4) 将模子装在压片机上, 下面填以托板,徐徐旋紧压片的螺丝直到压紧样品为止(压得不能太紧也不能压得太要松, 为什么 ? ) ;1.样品压片和装置氧弹 图Ⅱ-2-2 压片示意图  (5) 抽走模子底下的托板, 再继续向下压, 则样品和模子一起脱落, 然后在天平上准确称量(样品+引火丝) ; (6) 将样品上的引火丝两端固定在氧弹的两个电极上, 引火丝不能与坩埚相碰(为什么? ) ; (7) 向氧弹内加10ml蒸馏水, 将氧弹盖盖好。 (操作? ) 2.氧弹充氧气(1) 用万用电表测量氧弹上两电极是否通路(两极电阻约10Ω) , 如不通应打开氧弹重装, 如通路即可充氧。(2) 氧弹与氧气瓶连接:①旋紧氧弹上出气孔的螺丝;②将氧气表出气孔与氧弹进气孔用进气导管连通,此时氧气表减压阀处关闭状态(逆时针旋松) ;③打开氧气瓶总阀(钢瓶内压不小于3MPa) , 沿顺时针旋紧减压阀至减压表压为2MPa, 充气2min, 然后逆时针旋松螺杆停止充气;④旋开氧弹上进气导管, 关掉氧气瓶总阀, 旋紧减压阀放气, 再旋松减压阀复原。 3.装热量计(1) 用万用电表再次测量氧弹两极是否通路, 若电阻在10Ω左右(如果没有, 须放气重装) , 将氧弹放入量热计内桶;(2) 用容量瓶准确量取已被调好的低于外桶水温0.5-1.0℃的蒸馏水2500ml, 装入量热计内桶;(3) 装好搅拌器, 将点火装置的电极与氧弹的电极相连;(4) 将已调好的贝克曼温度计插入桶内, 盖好盖子, 总电源开关打开, 开始搅拌;(5) 振动点火开关开向振动, 计时开始, 每隔0.5min读取贝克曼温度计 4.点火燃烧和升温的测量(1) 按振动点火开关开向振动, 计时开始, 每隔1min读取贝克曼温度计温度一次, 共读取十次;(2) 按振动点火开关开向点火, 点火指示灯亮后1s左右又熄灭, 而且量热计温度迅速上升, 表示氧弹内样品已燃烧。 可将振动点火开关开向振动, 并每隔0.5min读取贝克曼温度计温度一次;(3) 至温度不再上升(缓慢) 而开始下降时, 再每隔1min读取贝克曼温度计温度一次, 共读取十次。 5.整理设备, 准备下一步实验(1) 停止搅拌, 关掉总电源开关;(2) 取出氧弹, 并打开放气阀放气;(3) 观察燃烧情况, 取出剩余的引火丝,并准确量取剩余长度;(4) 倒掉氧弹和量热计桶中的水, 并擦干、 吹干。 1. 量热体系C卡的测定苯甲酸样品重cm;引火丝剩余长度mL;水的温度℃。g; 引火丝长度cm; 水的体积℃ ; 氧弹计外壳套筒温度………………1098754321贝克曼温度计示值℃6时间(min)实验数据记录实验数据记录 2. 萘燃烧热的测定萘样品重cm;引火丝剩余长度mL;水的温度℃。g; 引火丝长度cm; 水的体积℃; 氧弹计外壳套筒温度………………1098754321贝克曼温度计示值℃6时间(min) 数据处理数据处理1. 确定2. 确定3. 求C卡4. 求出萘的恒容燃烧热QV5. 求出萘的恒压燃烧热QP6. 与文献值比较T1、T2 1. 用雷诺图(温度—时间曲线) 法分别校正苯甲酸和萘燃烧而使量热体系温度改变的T1、T2。 0.99470.99500.99540.99570.99600.9962密度g/ml333231302928温度0.99650.99680.99710.99730.99750.9978密度g/ml272625242322温度0.99800.99820.99840.99860.99880.9990密度g/ml212019181716温度0.99910.99930.99940.99950.99960.9997密度g/ml151413121110温度3.据求C卡TTCCCCV(V(qbqbWQVWQV))卡卡2.根据水的温度, 分别确定水的密度12 TCCV(qbQMWV)卡nRTQQVP4. 根据求出萘的恒容燃烧热QV5. 根据萘的燃烧反应式为:求出萘的恒压燃烧热QP(T为氧弹计外壳套筒温度,)(10)(4)(12)(222810gCOlOHgOsHC 文献值:文献值:萘C10H8(s) 的 注意事项:注意事项:1. 样品按要求称取, 不能过量。 过量会产生过多热量, 温度升高会超过贝克曼温度计的刻度;2. 样品压片时不能过重或过轻;3. 引火丝与样品接触要良好, 且不能与坩锅等相碰;4. 调节贝克曼温度计时, 要轻慢;5. “点火”要果断。 点火成败判断:点火成败判断:点火指示灯亮后熄灭, 温度迅速上升, 表明样品已燃;点火指示灯亮后不熄, 表示引火丝没有烧断, 应加大电流引燃;点火指示灯不亮, 加大电流也不亮, 温度不上升, 则须打开检查或重装。 思考题思考题1. 指出QP= QV+△nRT公式中各项的物理意义。2. 在这个实验中, 哪些是体系? 哪些是环境? 实验过程中有无热损耗? 这些损耗对实验结果有何影响?3. 实验测得的温度差为何要用雷诺作图法校正? 还有哪些误差影响测量的结果?