实验讲义 燃烧热的测定

实验一燃烧热得测定

一、目得要求

1.掌握氧弹式量热计得原理、构造及使用方法;

2.了解微机氧弹式量热计系统对燃烧热测定得应用。

二、实验原理

燃烧热就是指1摩尔物质等温、等压下与氧完全燃烧时得焓变,就是热化学中重要得基本数据。本实验采用得氧弹式量热计就是一种恒温夹套式量热计,在热化学、生物化学以及工业部门中用得很多。它测定得就是恒容燃烧热。

对于有固定化学组成得纯化学试剂:(1)固体样品如奈、硫;(2)液体样品如乙醇、环己烷,可以准确写出它们得化学反应方程式,通过下列关系式求出常用得恒压燃烧热,最终得到它们得反应焓变ΔC H m。

Q p、m＝Q v、m＋∑ν B(g)RT (1-1) 对于化学组成不固定得物质,有化学组分相同,但化学组成不一样,例如甘蔗由于压榨得工艺不同,虽然都就是甘蔗渣,但它们得含水量、糖分等可能不同;有得化学组成也不同,例如不同号得柴油,由于提炼分馏时得温度不同,不但它们得化学成分不同,化学组成也不同,对这类物质只能测定恒容燃烧热,并且只能在具体得物质间进行比较,反过来研究工艺等类得问题,这类燃烧热得结果,在实践中经常用到,也就是一种研究工作得方法之一。

测量燃烧热得原理就是能量守恒定律,一定量待测物质在氧弹中完全燃烧,放出得热量使量热计本身及氧弹周围介质(本实验用水)温度升高,测量介质燃烧前后温度得变化值ΔT,就可以算出样品得恒容燃烧热Qv

—(m/M)Q v、m＝(ＶρC水＋C卡)ΔT－2、9 l (1-2) 式中:ｍ就是样品得质量(g),M就是待测物质得分子量,Q v、m就是待测物质得恒容摩尔燃烧热(J/mol),Ｖ就是测定时倒入内桶中水得体积(mL),ρ就是水得密度,C水就是水得热容,l就是点火铁丝实际消耗长度(其燃烧值为2、9J/cm),C卡就是量热计得热容,表示量热计本身温度每升高一度所需吸收得热量,可用已知燃烧热得标准物质来标定。如苯甲酸,它得恒容燃烧热Q v ＝-26460J/g。

本实验得关键就是首先样品必须完全燃烧,所以氧弹中须充高压氧气。其次必须使燃烧尽可能在接近绝热得条件下进行。但就是系统与周围环境发生热交换仍无法完全避免,因此燃烧前后温度得变化值不能直接测量准确,必须经过雷诺作图法校正。方法如下:

图1－1雷诺校正图图1－2雷诺校正图称适量待测物质,使燃烧后量热计得水温升高1、5－2、0度,预先调节水温低于环境约1、0度。将燃烧前后历次观察得水温对时间作图,联成FHDG线,见图1－1。图中H点相当于开始燃烧之点,D点为观察到得最高得温度读数点,J为外套温度读数点,经过J点作平行线JI交折线于I点,过I点作垂直线,与FH线与DG线得延长线交于A、C两点,则A点与C点所表示得温差即为所求温度得升高值。图中AA’表示由于环境辐射与搅拌引进得热量而造成量热计温度得升高,必须扣除之,CC’表示由于量热计向环境辐射出热量而造成量热计温度得降低,因此须添加上。经过这样校正后A、C两点得温差较客观地表示了由于样品燃烧使量热计温度升高得数值。有时量热计得绝热情况良好,热漏小,而搅拌器功率较大,往往不断引进少量热量,使燃烧后得最高点不出现(图1－2),这种情况下仍然可以按照同法校正之。

三、仪器装置及药品

6 1

4

5

3

2

1

1进出气口

2电极

图1－3 氧弹式量热计3坩埚

1外桶2内桶3氧弹4搅拌器4铁丝

5传感器6控制器

氧弹式量热计一台,精密温度温差仪一台,压片机一台,充氧器一台,铁丝,无水乙醇(A、R),苯甲酸(A、R)。

四、实验步骤

1、准备氧弹。把氧弹得弹头放在弹头架上,然后将一段约10 cm长得铁丝两端固定在弹头中两根电极上,注意铁丝不能与坩锅壁相碰。用移液管取1mL乙醇放入坩埚中,保证铁丝能与乙醇接触。把弹头放入氧弹套筒内,拧紧弹盖。将氧弹置于充氧器底座上,使其进气口对准充氧器得出气口,按下充氧器手柄。打开氧气瓶阀门,顺时针旋(即打开)减压阀,使表压达10 kg/cm2以上,充氧120秒后逆时针旋(既关闭)减压阀,拉起充氧器手柄,然后将氧弹放入量热计内桶中,注意不要与搅拌器相碰。

2、准备内桶水温。打开精密温度温差仪电源,将传感器插入外桶中读取外桶水温值。接着将传感器插入含自来水3500 mL得塑料大量杯中,用冰块降温,令其低于外桶水温约0、5~1、0度左右(最佳0、8℃)。用容量瓶准确取3000 mL已调节好得自来水注入内桶。将氧弹放入内桶,水淹没氧弹。将电极插头插在氧弹两电极上,盖上量热计盖子,将传感器插入内桶水中,打开量热计电源,开启搅拌开关,进行搅拌。

3、采零锁定。待水温基本稳定后,将温差仪“采零”并“锁定”,此时内桶作为温度得零点,然后将传感器放入外桶中,当温差数据基本稳定后,读取温差值,即为外桶水温值t (℃)(虽然就是温差值,但内桶为温度零点,故亦称外桶温度),再将传感器插入内桶水中。

*注意:此后温度都指温差仪上温差得数值。

4、记录数据。

①当传感器自外桶放入内桶后,等待温度仪上显示温差部分得数值不再往下降,而就是开始往上升时,记录该温差值。之后每隔30s采集一次温差数据,持续5分钟。

②按“点火”按钮(在①完成之前不可触动点火按钮),可多次重按。若点火成功,可观察到温差很快上升。

③按了点火按钮后,每隔15s采集一次温差数据,再持续采集数据20分钟,然后停止记录数据。

5、停止实验。关闭量热计电源,将传感器放入外桶,取出氧弹,用放气阀放出氧弹内得余气,旋开氧弹盖查瞧。倒掉内桶中得水并擦干待下次用。

实验中若需要测量量热计得水当量,即(ＶρC水＋C卡),可以用已知恒容燃烧热得苯甲酸为样品,按上述实验步骤进行测量。苯甲酸等固体样品,用台秤称约1、0克苯甲酸,在压片机中压成片状(不能压太紧),将此样品在电子天平上准确称量。将样品放置于坩埚中铁丝上,保证两者接触。把弹头放入氧弹套筒内,拧紧弹盖。重复实验步骤1~4,在获取了△T后,可以通过公式(1-2)计算(ＶρC水＋C卡)。

五、数据记录与处理

1.记录数据。外桶水温: ℃

2.按图1-1得方式作温度-时间图,并计算出温差值△T。

3.根据式(1-2)计算样品得恒容燃烧热Q v、m。

4.根据式(1-1)计算样品得恒压燃烧热Q p、m并与文献值比较。

六.思考题

1.内桶中加入得水,为什么要准确量取其体积？

2.用氧弹量热计测定燃烧热得装置中哪些就是系统,哪些就是环境？系统与环境之间通过哪些可能得途径进行热交换？

七、学生设计实验参考

1、不同产地煤燃烧值得比较分析;