燃燒熱的測定..

1、燃燒熱測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)會(huì)用氧彈熱量計(jì)測定有機(jī)物燃燒熱的方法。2、明確燃燒熱的定義，了解恒壓燃燒熱與恒容燃燒熱的差別。3、掌握用雷諾曲線法校正所測溫差的方法。4、掌握壓片技術(shù)，熟悉高壓鋼瓶的使用方法。學(xué)會(huì)用精密電子溫差測量儀測定溫度的改變值。二、基本原理燃燒焓的定義：在指定的溫度和壓力下，Imol的物質(zhì)完全燃燒生成指定產(chǎn)物的焓變，稱該物質(zhì)在此溫度下的摩爾燃燒焓，記作cHm。燃燒產(chǎn)物指定該化合物中 C變?yōu)镃02（g），H變?yōu)镠2O（I），S變?yōu)镾O2（g），N變?yōu)镹2 （g），Cl變?yōu)镠CI（aq），金屬都成為游離狀態(tài)等。燃燒熱的測定，除了有其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值外，還可用來求算化合物的生成熱、 化

2、學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱和鍵能等，具有重要的理論價(jià)值。量熱方法是熱力學(xué)的一個(gè)基本實(shí)驗(yàn)方法。熱量有Qp和Qv之分。用氧彈熱量計(jì)測得的是恒容燃燒熱Qv；從手冊上查到的燃燒熱數(shù)值都是在 298.15 K, 1 r條 件下，即標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓，屬于恒壓燃燒熱Qp。由熱力學(xué)第一定律可知，在不做非膨脹功的條件下，Qv； Qp =丁H。若把參加反應(yīng)的氣體和反應(yīng)生成的氣體都作為理想氣體處理，則它們之間存在以下關(guān)系：Qp 二 QvnRT（ 1）式中，n為反應(yīng)前后生成物和反應(yīng)物中氣體的物質(zhì)的量之差；R為氣體常數(shù)；T為反應(yīng)的熱力學(xué)溫度（量熱計(jì)的外桶溫度，環(huán)境溫度）。在本實(shí)驗(yàn)中，在盛有2500ml水的容器中放入裝有 W克樣品和氧

3、氣的密閉 氧彈，使樣品完全燃燒，放出的熱量引起體系溫度的上升。根據(jù)能量守恒原理， 用溫度計(jì)測量溫度的改變量，由下式求得Qv。Q廠Mc（T終-T始）(2)式中，M是樣品的摩爾質(zhì)量(g.mol-1)； C為樣品燃燒放熱給水和儀器每升 高1度所需要的熱量，稱為水當(dāng)量(J.K-1)。水當(dāng)量的求法是用已知燃 燒熱的物質(zhì) (本實(shí)驗(yàn)用苯甲酸)放在量 熱計(jì)中，測定和T始和T終，即可求出水當(dāng)量C；然 后再用相同的方法對奈進(jìn)行測定，測 定和 T 始和 T 終，代入上式，便可求得其燃 燒熱。三、儀器與試劑 ：氧彈熱量計(jì) 1 套、容量瓶 (1000 mL)1 個(gè)、氧氣鋼瓶 1 個(gè)、氧氣減壓閥 1 個(gè)、 苯甲酸 份析純

4、)、萘份析純)、臺稱1臺、電子天平1臺(O.OOOIg)、壓片機(jī)1臺、 燃燒絲、棉線。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1. 熱量計(jì)的水及儀器當(dāng)量 (即總熱容量 )的測定熱量計(jì)的熱容量就是與其量熱體系具有相同熱容量的水的重量 (以克計(jì))。熱 量計(jì)熱容量表數(shù)值上等于量熱體系溫度升高 1 C所需的熱量。量熱體系指在實(shí) 驗(yàn)過程中發(fā)生的熱效應(yīng)所能分布到的部份，包括量熱容器，氧彈的全部以及攪 拌器，溫度計(jì)的一部分。熱量計(jì)熱容量用已知燃燒熱值的苯甲酸，在氧彈內(nèi)用燃燒的方法測定。試 樣的測定應(yīng)與熱容量的測定在完全相同的條件下進(jìn)行。當(dāng)操作條件有變化時(shí)， 如更換或修理熱量計(jì)上的另件，更換溫度計(jì)，室溫與上次測定熱容量時(shí)的室溫 相差超

5、過5C以及熱量計(jì)移到別處等，均應(yīng)重新測定熱容量。(1) 樣品壓片 在臺秤上粗稱苯甲酸約0.9 - 1.0 g,用壓片機(jī)壓成片，取約 1Ocm 長的燃燒絲和棉線各一根，分別在電子天平上準(zhǔn)確稱重；用棉線把燃燒絲 綁在苯甲酸片上，準(zhǔn)確稱重。(2) 氧彈充氧 將氧彈的彈頭放在彈頭架上，把燃燒絲的兩端分別緊繞在氧 彈頭上的兩根電極上，把彈頭放入彈杯中，擰緊。充氧時(shí)，開始先充約 0.5MPa 氧氣，然后開啟出口，借以趕出氧彈中的空氣。 再充入 1MPa 氧氣，充氣約 2 分鐘。氧彈放入量熱計(jì)中，接好點(diǎn)火線。氧彈不 應(yīng)漏氣，如有漏氣現(xiàn)象，應(yīng)找出原因，子以修理。(3) 調(diào)節(jié)水溫 準(zhǔn)備一桶自來水，調(diào)節(jié)水溫約低于

6、外筒水溫 1C(也可以不 調(diào)節(jié)水溫直接使用)。用量筒取 2500mL 水注入內(nèi)筒，水面應(yīng)淹到氧彈進(jìn)氣閥螺 帽高度的 23 處，裝好攪拌頭。(4) 測 定水當(dāng)量 將測溫探頭插入內(nèi)筒，測溫探頭和攪拌器均不得接觸氧彈 和內(nèi)筒。 整個(gè)實(shí)驗(yàn)分為三個(gè)階段：1. 初期：這是試樣燃燒以前的階段。在這一階段觀測和記錄周圍環(huán)境與量 熱體系在試驗(yàn)開始溫度下的熱交換關(guān)系。 每隔 1min 讀取溫度一次， 這樣連續(xù)讀 取 810組溫度，直到讀取的溫度與上次相差小于 0.01C。2. 燃燒期：燃燒定量的試樣，產(chǎn)生的熱量傳給熱量計(jì)，使熱量計(jì)裝置的各 部分溫度達(dá)到均勻。在初期的最末一次讀取溫度的瞬間，按下點(diǎn)火鍵點(diǎn)火(按住約

7、1min 不放 )，若溫度迅速上升，則表明樣品已經(jīng)開始燃燒(如果通電后，溫度沒有迅速上升， 表示點(diǎn)火沒有成功，需打開氧彈，檢查原因)燃燒過程中每隔15s 讀取一次溫度，直到溫度上升明顯緩慢為止，這個(gè)階段算作燃燒期。3. 末期：這一階段的目的與初期相同，是觀察在試驗(yàn)終了溫度下的熱交換 關(guān)系。在燃燒期讀取最后一次溫度后，每隔 1min 讀取溫度一次，共讀取 810 組溫度作為實(shí)驗(yàn)的未期( 5) 停止觀測溫度后，從熱量計(jì)中取出氧彈，用放氣帽緩緩壓下放氣閥， 在 1 分鐘左右放盡氣體，擰開并取下氧彈蓋，量出未燃完的引火線長度，計(jì)算 其實(shí)際消耗的重量。隨后仔細(xì)檢查氧彈，如彈中有煙黑或未燃盡的試樣微粒，

8、此試驗(yàn)應(yīng)作廢。如果未發(fā)現(xiàn)這些情況，用蒸餾水洗滌彈內(nèi)各部份，坩堝和進(jìn)氣 閥。（6）用干布將氧彈內(nèi)外表面和彈蓋拭凈，最好用熱風(fēng)將彈蓋及另件吹干或風(fēng) 干，備用。2試樣燃燒熱的測定：萘的燃燒熱的測定稱取0.5 g萘，用上述同樣的方法進(jìn)行測定。五、數(shù)據(jù)處理：1. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):苯甲酸反應(yīng)前期（1次/min）反應(yīng)中期（1次/15s）反應(yīng)后期（1次/min）時(shí)間溫度時(shí)間溫度時(shí)間溫度1234567891012345678910111213141512345678910反應(yīng)前期（1次/min）反應(yīng)中期（1次/15s）反應(yīng)后期（1次/min）時(shí)間溫度時(shí)間溫度時(shí)間溫度時(shí)間溫度1234567891056789101112

9、1314155678910原始數(shù)據(jù)記錄:(1) 燃燒絲重g;棉線重g;苯甲酸 樣品重 g;剩余燃燒絲重g；水溫C。(2) 燃燒絲重g； 棉線重g;萘樣品重g;剩余燃燒絲重g;水溫C2. 由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別求出苯甲酸、萘燃燒前后的t始和t終。 T萘=用雷諾法校正溫差具體方法為:將燃燒前后觀察所得的一系列水溫和時(shí)間關(guān) T苯甲酸=系作圖，得一曲線，如圖1所示。,0.AM口F外桶溫度低于內(nèi)楠溫疫(b)外桶溫度髙于內(nèi)桶溫度圖1雷諾法校正溫差在圖1(a)中，H點(diǎn)意味著燃燒開始，熱傳入介質(zhì)；D點(diǎn)為觀察到的最高溫度值；從 相當(dāng)于室溫的J點(diǎn)作水平線交曲線于I，過I點(diǎn)作垂線ab,再將FH線和GD線延長并 分別交ab線

10、于A、C兩點(diǎn)，其間的溫度差值即為經(jīng)過校正的 T。圖1(a)中AA 為 開始燃燒到溫度上升至室溫這一段時(shí)間 ti內(nèi)，由環(huán)境輻射和攪拌引進(jìn)的能量所 造成的升溫，故應(yīng)予扣除。CC為由室溫升到最高點(diǎn)D這一段時(shí)間 t2內(nèi)，熱量 計(jì)向環(huán)境的熱漏造成的溫度降低，計(jì)算時(shí)必須考慮在內(nèi)。故可認(rèn)為A、C兩點(diǎn)的差值較客觀地表示了樣品燃燒引起的升溫?cái)?shù)值。在某些情況下，熱量計(jì)的絕熱性能良好，熱漏很小，而攪拌器功率較大，不斷引進(jìn)的能量使得曲線不出現(xiàn)極高溫度點(diǎn)，如圖 1(b)所示。校正方法相似。作苯甲酸和萘燃燒的雷諾溫度校正后， 由厶T計(jì)算體系的熱容量和萘的恒容 燃燒熱Qv,并計(jì)算其恒壓燃燒熱Qp;再用公式法計(jì)算體系的熱容量

11、和萘的恒容 燃燒熱Qv，并計(jì)算其恒壓燃燒熱Qp。并分別比較測定結(jié)果的相對百分誤差。六、注意事項(xiàng)：1. 試樣在氧彈中燃燒產(chǎn)生的壓力可達(dá)14 MPcb因此在使用后應(yīng)將氧彈內(nèi)部擦干 凈，以免引起彈壁腐蝕，減小其強(qiáng)度。2. 氧彈、量熱容器、攪拌器在使用完畢后，應(yīng)用干布擦去水跡，保持表面清潔、 干燥。3. 內(nèi)筒中加2500mL水后若有氣泡逸出，說明氧彈漏氣，設(shè)法排除。4. 攪拌時(shí)不得有摩擦聲。5. 測定樣品萘?xí)r，內(nèi)筒水要更 換且需調(diào)溫。6. 氧氣遇油脂會(huì)爆炸。 因此氧氣減壓器、 氧彈以及氧氣通過的各個(gè)部件， 各連接 部分不允許有油污， 更不允許使用潤滑油。 如發(fā)現(xiàn)油垢， 應(yīng)用乙醚或其他有機(jī)溶 劑清洗干凈

12、。7. 坩堝在每次使用后，必須清洗和除去碳化物，并用紗布清除粘著的污點(diǎn)。七、思考題：1. 攪拌太慢或太快有何影響？2. 實(shí)驗(yàn)中 那些因素容易造成 誤差？最大 誤差是哪種？提高本 實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度 應(yīng)該 從哪方面考 慮？3. 說明恒容熱和恒壓熱的關(guān)系SHR-15燃燒熱實(shí)驗(yàn)儀操作規(guī)程一、簡介SHR-15A燃燒熱實(shí)驗(yàn)儀是本廠采納用戶意見，從滿足師生做燃燒熱試驗(yàn)方便，采集數(shù)據(jù)快捷、準(zhǔn)確的角度出發(fā)，以此開發(fā)的新型儀器。SHR-15A燃燒熱實(shí)驗(yàn)儀集數(shù)據(jù)采集、點(diǎn)火控制、攪拌控制于一體，外觀新穎，是院校師生做此類實(shí)驗(yàn)的理想儀器。、面板示意圖（一）前面板示意圖圖一面板示意圖1、電源開關(guān)。2、 鎖定鍵 鎖定選擇的基溫

13、，按下此鍵，基溫自動(dòng)鎖定，此時(shí)采零”鍵不起作用，直至重新開機(jī)。3、測量/保持鍵一一測量與保持功能之間的轉(zhuǎn)換。4、采零鍵一一用于消除儀表當(dāng)時(shí)的溫差值。5、增時(shí)健一一按下此鍵，延長定時(shí)時(shí)間。6、減時(shí)健一一按下此鍵，縮短定時(shí)時(shí)間。7、攪拌開關(guān)。&點(diǎn)火按鍵一一按下此鍵，點(diǎn)火輸出線輸出036V交流電壓。9、指示燈一一燈亮，表明儀表處于相對應(yīng)的狀態(tài)。10、定時(shí)顯示窗口一一顯示設(shè)定的間隔時(shí)間。11、溫度顯示窗口一一顯示所測物的溫度值。12、溫差顯示窗口 顯示溫差值。（二）后面板示意圖：較器控制輸出ESZ32C串口焰_ -（）W SOHi11Z234圖二后面板示意圖1、傳感器插座一一將傳感器插頭插入此插座。2

14、、控制輸出一一攪拌電機(jī)、點(diǎn)火輸出連接處。3、 RS232C串行口計(jì)算機(jī)接口。（可選配）4、熔絲盒一一保險(xiǎn)絲 2A。5、電源線插座接 220V電源。三、使用方法1、將傳感器接入后面板傳感器座，用專用連接線一端接入后面板“控制輸出”座。另一端接熱量計(jì)的輸入（連接攪拌電機(jī)，氧彈），如需與電腦連接，用串行口線與RS232C串行口 連接即可。最后將電源線一端與儀器連接，另一端與220V的電源連接。2、打開電源開關(guān)，前面板顯示如圖三，測量指示燈亮：8.67228.6700溫差顯示（C） 溫度顯示C ）定時(shí)顯示（秒）圖三3、 將傳感器放入被測介質(zhì)中，待溫度、溫差相對穩(wěn)定后按“采零”鍵，溫差即顯示為“0.00

15、0 ”,此后溫差窗口顯示即為介質(zhì)溫度“變化量”。4、 按下“鎖定”鍵，“鎖定”指示燈亮，儀器自動(dòng)鎖定所需基溫，如在26.77 C時(shí)，儀器自動(dòng)鎖定20C為基溫,26.77 C 20C =6.772 C。溫差顯示為 6.772 C。注意：按下“鎖定”鍵后，“采零”鍵不起作用，直至重新開機(jī)。5、 打開攪拌開關(guān)，攪拌指示燈亮，儀器輸出110V的攪拌電機(jī)工作電壓。6、 按下“點(diǎn)火”按鍵，“點(diǎn)火”指示燈亮，儀器輸出036V點(diǎn)火電壓，延續(xù)數(shù)秒后，點(diǎn)火 指示燈滅，表明點(diǎn)火成功。7、數(shù)據(jù)采集過程如需手工記錄數(shù)據(jù)或觀測數(shù)據(jù)，按一下“保持”鍵，蜂鳴器響，溫度、溫 差不變化，方便記錄，再按一下“測量 / 保持”鍵，儀

16、器自動(dòng)跟蹤測量，如需定時(shí)記錄， 按“定時(shí)”鍵可在 0 99S 之間設(shè)定記錄時(shí)間的間隔。8、實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源開關(guān)，拔下電源線。燃燒熱實(shí)驗(yàn)量熱計(jì)操作規(guī)程簡介燃燒焓是指 1 摩爾物質(zhì)在等溫、 等壓下與氧進(jìn)行完全氧化反應(yīng)時(shí)的焓變， 是熱化學(xué)中的 重要數(shù)據(jù)。一般化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)，往往因?yàn)榉磻?yīng)太慢或反應(yīng)不完全，不是不能直接測定， 就是測不準(zhǔn)。 但是， 通過蓋斯定律可用燃燒熱數(shù)據(jù)間接求算。 因此燃燒熱廣泛地用于各種熱 化學(xué)測量。 測量燃燒熱原理是能量守恒定律， 樣品完全燃燒放出的能量使量熱計(jì)本身及其周 圍介質(zhì) (本實(shí)驗(yàn)用水)溫度升高，測量了介質(zhì)燃燒前后溫度的變化，就可計(jì)算該樣品的恒容 燃燒熱。許多物質(zhì)的燃

17、燒熱和反應(yīng)熱已經(jīng)測定。本實(shí)驗(yàn)燃燒熱是在恒容情況下測定的。系統(tǒng)除樣品燃燒放出熱量引起系統(tǒng)溫度升高以外還有其他因素，這些因素都須進(jìn)行校 正。其中系統(tǒng)熱漏必須經(jīng)過雷諾作圖法校正。校正方法如下：稱適量待測物質(zhì)， 估計(jì)其燃燒后可使水溫升高 1.5 2.0 度，預(yù)先調(diào)節(jié)水溫使其低于環(huán)境 1.0 度左右。按操作步驟進(jìn)行測定 , 將燃燒前后觀察所得的一系列水溫和時(shí)間關(guān)系作圖，可得圖 b (1)的圖形，圖中H點(diǎn)意味著開始燃燒，熱傳入介質(zhì)；D點(diǎn)為觀察到的最高溫度值；從相當(dāng)于室溫的J點(diǎn)作水平線交曲線與I，過I點(diǎn)作垂線ab,再將FH線和GD線延長并交ab線于 A C兩點(diǎn)。A點(diǎn)與C點(diǎn)所表示的溫度差即為欲求溫度的升高T。

18、圖中AA為開始燃燒到溫度上升至室溫這一段時(shí)間 ti內(nèi)，由環(huán)境輻射和攪拌引進(jìn)的能量而造成量熱計(jì)溫度的升高， 必須扣除之。CC為室溫升高到最高點(diǎn) D這一段時(shí)間 t2內(nèi)，量熱計(jì)向環(huán)境的熱漏造成溫度 的降低，計(jì)算時(shí)必須考慮在內(nèi)。由此可見， AC 兩點(diǎn)的差值較客觀地表示了由于樣品燃燒促 使溫度升高的數(shù)值。有時(shí)量熱計(jì)的絕熱情況良好，熱漏小，而攪拌器功率大，不斷稍微引進(jìn)能量使得燃燒后的最高點(diǎn)不出現(xiàn)，如圖 b（2）所示。其校正方法同前述。二、使用方法1、仔細(xì)閱讀SHR-15燃燒熱實(shí)驗(yàn)儀說明書。2、將熱量計(jì)及全部附件加以整理并洗凈。3、測量水當(dāng)量K（1）壓片先用天平粗稱1.0g左右的苯甲酸，在壓片機(jī)中壓成片狀。

19、（不能壓太緊，太緊點(diǎn)火后不 能充分燃燒。）壓成片狀后，再在天平上準(zhǔn)確稱重。（2）裝樣旋開氧彈，把氧彈的彈頭放在彈頭架上，將樣品苯甲酸放入坩堝內(nèi)，把坩堝放在燃燒架上。取一根燃燒絲并測量其長度，然后將燃燒絲兩端分別固定在彈頭中的兩根電極上，中部貼緊樣品苯甲酸。（燃燒絲與坩堝壁不能相碰）在彈杯中注入 10ml水，把彈頭放入彈杯中， 用手?jǐn)Q緊。（3）充氧使用高壓鋼瓶必須嚴(yán)格遵守操作規(guī)則。開始先充入少量氧氣（約0.5MPa），然后將氧彈中的氧氣放掉，借以趕出彈中空氣。再向氧彈中充入約2Mpa的氧氣。（4）調(diào)節(jié)水溫將量熱計(jì)外筒內(nèi)注滿水，用手動(dòng)攪拌器稍加攪動(dòng)。按使用說明書將熱量計(jì)與燃燒熱實(shí)驗(yàn) 儀連接起來，打開 SHR-15X燃燒熱實(shí)驗(yàn)儀的電源（不要開啟攪拌開關(guān)），將傳感器插入加水口測其溫度，待溫度穩(wěn)定后，記錄其溫度值。再用筒取適量自來水，測其溫度，如溫度偏高注入內(nèi)筒，再將氧彈放入 , 水面剛好蓋過氧彈。如氧彈有氣泡逸出，說明氧彈漏氣，尋找原 因并排除。將電極插頭插在氧彈兩電極上， 此時(shí)點(diǎn)火指示燈亮 , 蓋上蓋子。（注意： 攪拌器不 要