物化實驗1-燃燒焓的測定

燃燒焓的測定什么是燃燒焓？——燃燒反應(yīng)的反應(yīng)焓。反應(yīng)焓為某確定溫度下反應(yīng)的焓變，對于理想氣體反應(yīng)，等于在該確定溫度下，反應(yīng)在恒壓條件下進行時的熱效應(yīng)Q。（ΔH=Q）如果反應(yīng)在恒容條件下進行，則有ΔU=Q。在實驗操作中，恒容反應(yīng)更容易實現(xiàn)，因此該反應(yīng)直接測量的數(shù)據(jù)是恒容熱，也就是反應(yīng)的熱力學能變。而ΔH=ΔU+ΔngRT，可通過計算間接得出燃燒焓。如何測恒容熱？燃燒反應(yīng)在密閉氧彈（恒容）中進行，反應(yīng)的熱效應(yīng)使得體系和環(huán)境的溫度升高。例：反應(yīng)物25oCt

內(nèi)筒25oC產(chǎn)物25oC

內(nèi)筒25oC放熱Q產(chǎn)物26oC

內(nèi)筒26oCQ被內(nèi)筒和產(chǎn)物自身吸收氧彈外筒(水夾套)內(nèi)外筒之間的絕熱層

因此，只要知道內(nèi)筒內(nèi)所有物質(zhì)的總熱容C，乘以“體系+環(huán)境”的升溫ΔT就可以得到恒容熱Q。總熱容如何求？無法直接測得，所以需要找已知恒容熱的標準樣品（苯甲酸），由已知的Q，計算總熱容C。用標準物質(zhì)實驗和用待測物質(zhì)實驗時，熱容不嚴格相等，但是內(nèi)筒內(nèi)的主要物質(zhì)完全一樣的（氧彈殼、大量的水、內(nèi)筒壁等），基數(shù)較大，因此二者燃燒產(chǎn)物的熱容差完全可以忽略。ΔT如何測？以上理想情況下，溫度隨時間的變化曲線應(yīng)該是這樣的：反應(yīng)前和反應(yīng)后的溫度是不隨時間變化的，這樣初末態(tài)的溫度差就是ΔT。但是，由于內(nèi)筒水需要攪拌（要使溫度均勻），機械功會使水溫上升。且內(nèi)筒水溫和外筒溫度有差別時，會通過傳導、輻射等方式和環(huán)境交換熱量（保溫不良），因此，實際的溫度-時間曲線，是這樣的：左為保溫良好，右為保溫不良tT最常用校正方法：雷諾曲線ΔT有熱效應(yīng)的，除了樣品的燃燒反應(yīng)之外，還有點火絲(引燃用，也可以用棉線)的燃燒（點火絲比熱容已知，質(zhì)量精確稱量），精確實驗中還需要考慮氮氣和氧氣化合反應(yīng)（最終生成硝酸溶液，可通過滴定實驗確定含量）的熱效應(yīng)。環(huán)境溫度(夾套水溫)樣品質(zhì)量，點火絲質(zhì)量準確稱量，（硝酸含量準確滴定），則滿足：-QV,m*n-q*b+5.98*c=C總*ΔTn:樣品摩爾數(shù)QV,m:樣品的摩爾恒容燃燒熱q:點火絲的熱值（燃燒單位質(zhì)量的點火絲的熱效應(yīng)）b:點火絲的質(zhì)量5.98c:生成的硝酸用0.1000mol·L-1NaOH滴定消耗cml，則放熱為5.98c（單位焦耳）C總:環(huán)境總熱容苯甲酸的ΔcHm苯甲酸的QV,mC總萘的QV,m萘的ΔcHm需要寫出苯甲酸和萘燃燒的方程式，由Qp,m=QV,m+ΔngRT轉(zhuǎn)換。其中T為環(huán)境溫度。實驗步驟：1、壓片，稱重，裝樣2、通氧氣，裝氧彈3、夾套裝水，內(nèi)桶裝水，攪拌4、每隔30s記錄一次溫度，5min后點火，溫度迅速上升5、繼續(xù)記錄至溫度開始下降，再繼續(xù)記錄10次6、關(guān)閉攪拌，取出溫度計，取出氧彈、放氣。打開氧彈檢查是否燃燒完全（如不完全實驗失?。?。稱量剩余點火絲質(zhì)量。蒸餾水洗滌內(nèi)壁，用0.1

M

NaOH滴定HNO3。7、擦干全部設(shè)備備用實驗要點：一、充分燃燒二、考慮其它因素帶來的熱效應(yīng)三、其它問題1、如何保證點火成功/充分燃燒？①樣品磨細、烘干、干燥器恒重。②樣品要壓片。樣品不能壓得太緊（不易燃燒完全）或太松（充氧氣時粉末被吹起，使樣品燃燒的量偏?。?。壓完除去碎屑，稱重。③氧氣要通足(2.5Mpa氧氣，充氣至少60s)④點火絲和電極緊密接觸（儀器接好后可用萬用表檢查電阻），點火絲距離樣品少于5mm或直接接觸，但不能接觸燃燒皿，以免引起短路導致點火失敗。⑤燃燒皿使用完畢后洗凈擦干。一、充分燃燒：2、在氧彈中事先加10ml左右的水，起什么作用？①溶解生成的HNO3②事先形成飽和水蒸氣，保證燃燒產(chǎn)物均為液態(tài)水。③便于事后清洗3、電解水制得的氧氣可否用來進行實驗？電解得到的氧氣含有飽和水蒸汽，如不經(jīng)處理壓入氧彈，會在樣品表面及燃燒皿內(nèi)部凝結(jié)成液態(tài)水，導致燃燒不充分。一、充分燃燒：1、副反應(yīng)①點火絲燃燒(點火絲熱容已知，可通過稱重求出這部分熱)②空氣中的氮氣少量燃燒成HNO3(摩爾燃燒焓已知，可用NaOH溶液滴定HNO3確定這部分熱，非精確測量可忽略)二、其它因素帶來的熱效應(yīng)：2、攪拌攪拌太慢，水溫不均勻，影響溫度測定攪拌太快，機械功過多，水溫上升較多，和（外筒）環(huán)境的熱交換增多，影響測量準確度注意攪拌槳不要觸碰到內(nèi)筒壁，機械摩擦會產(chǎn)生更多額外的熱量。3、保溫不良外筒溫度恒溫，點火前，內(nèi)筒溫度比外筒溫度低0.5-1度。因為點火后，系統(tǒng)溫度會上升1-2度，因此點火前系統(tǒng)從環(huán)境吸熱，點火后系統(tǒng)從環(huán)境散熱，兩者互相抵消，整個測量過程接近絕熱條件下測定的結(jié)果。2、3兩因素可通過雷諾曲線校正。雷諾曲線的作用：校正系統(tǒng)和環(huán)境能量交換引起的溫度變化(包括保溫不良和攪拌槳作功）1、保證兩次實驗（標準樣品苯甲酸和待測樣品萘）的平行性內(nèi)筒的水要重新更換、調(diào)溫，兩次水量要相等；用同一套儀器（氧彈、內(nèi)筒、攪拌器等）測量；兩次樣品質(zhì)量不要相差太多2、液體樣品燃燒熱的測定用玻璃小球或藥用膠囊取液體裝入氧彈進行測量。（計算時扣除膠囊的燃燒熱）如直接放在燃燒皿中，部分液體受熱揮發(fā)成蒸氣，會使燃燒不充分。3、氧氣鋼瓶的操作順序反時針旋