燃燒熱的測定

化學化工實驗中心物理化學實驗課件制作：張躍華張其平2021/4/91燃燒熱的測定1、用氧彈熱量計測定萘的燃燒熱2、明確燃燒熱的定義，了解恒壓燃燒熱和恒容燃燒熱的差別3、了解氧彈熱量計中主要部分的作用，掌握氧彈熱量計的實驗技術(shù)4．學會雷諾圖解法校正溫度改變值一、實驗目的2021/4/92通常我們說的燃燒熱是指恒壓燃燒熱，即1mol的有機物在標準壓力下完全燃燒所放出的熱量。氧彈卡計測得的是恒容燃燒熱Qv，我們可以根據(jù)Qp=Qv+

nRT求得Qp

，式中

n為反應(yīng)前后反應(yīng)物和生成物中氣體的物質(zhì)的量之差；R為摩爾氣體常數(shù)；T為反應(yīng)時的熱力學溫度

。氧彈熱量計的基本原理是能量守恒定律。樣品完全燃燒所釋放的熱量使得氧彈本身及其周圍的介質(zhì)和熱量計有關(guān)附件的溫度升高。測量介質(zhì)在燃燒前后溫度的變化值，就可求得該樣品的Qv：二、實驗原理燃燒熱的測定式中m樣和M分別為樣品的質(zhì)量和摩爾質(zhì)量；Qv為樣品的恒容燃燒熱；l和Ql是引燃用鐵絲的長度和單位長度燃燒熱；m水和C水是以水作為測量介質(zhì)時，水的質(zhì)量和比熱容；C計稱為熱量計的水當量，即除水之外，熱量計升高1℃所需的熱量；

T為樣品燃燒前后水溫的變化值。2021/4/93雷諾溫度校正氧彈卡計設(shè)計上盡量減少與周圍環(huán)境的熱交換，實際上，與周圍環(huán)境的熱交換是無法避免的，這個影響可以用雷諾溫度校正圖校正。二、實驗原理燃燒熱的測定2021/4/94二、實驗原理燃燒熱的測定具體方法為：稱取適量待測物質(zhì)，估計其燃燒熱可使水溫上升2.0℃左右。預先調(diào)節(jié)水溫使其低于室溫1℃左右。按操作步驟進行測定，將燃燒前后觀察所得的一系列水溫對時間作圖?？傻萌鐖D所示的曲線，兩圖分別為絕熱良好和絕熱稍差的情況下所得的雷諾溫度校正圖。圖中b點意味著燃燒開始，熱傳入介質(zhì)，介質(zhì)溫度迅速升高，c為升溫緩慢以前，改為1min讀數(shù)前的最后一個點；從相當于室溫的T點作水平線交曲線于o點，過o點做垂線AB，再將ab和cd線分別延長交AB于E、F，由樣品燃燒引起的介質(zhì)的溫度變化應(yīng)為ΔT=TF-TE，扣除了從環(huán)境吸收熱量導致介質(zhì)溫度的上升E’E，補償了向環(huán)境釋放熱量導致介質(zhì)溫度的下降F’F。體系絕熱良好的情況下，熱漏很小，而攪拌會產(chǎn)生一定的熱量，介質(zhì)的溫度不出現(xiàn)下降的情況，其校正如圖所示。2021/4/95三、實驗儀器和藥品氧彈卡計氧氣鋼瓶氧氣減壓閥壓片機電子天平苯甲酸（A.R）萘（A.R）引燃專用鐵絲直尺臺秤或量筒溫度計（0~50℃）氧彈卡計安裝示意圖1、氧彈2、數(shù)字溫差測量儀3、內(nèi)桶4、拋光擋板5、水保溫層6、攪拌器其中2兼有數(shù)顯控制器的功能燃燒熱的測定2021/4/96三、實驗儀器和藥品氧彈構(gòu)造1、厚壁圓筒2、彈蓋3、螺帽4、進氣孔5、排氣孔6、電極（兼燃燒皿托架）7、燃燒皿8、另一電極（與4相連）9、火焰遮板（固定在8上）燃燒熱的測定2021/4/97四、實驗步驟（一）測定卡計的水當量C計樣品在氧彈中燃燒所釋放的熱量使得氧彈周圍的介質(zhì)溫度升高，這部分熱量我們可以根據(jù)介質(zhì)的質(zhì)量、比熱容以及溫度升高多少計算出來，但氧彈本身及熱量計有關(guān)附件吸收的熱量我們無法計算。我們可以用已知燃燒熱的標準物質(zhì)來測定熱量計的水當量C計。在本實驗中我們用苯甲酸作為標準物質(zhì)。1、樣品制作稱取大約0.95g的苯甲酸，在壓片機上用力壓成圓片。用鑷子將樣品壓片在稱量紙上輕擊，除去壓片表面的粉末后精確稱量。燃燒熱的測定2021/4/98四、實驗步驟2、裝樣并充氧氣擰開氧彈，氧彈頭擱置在托架上，將氧彈清理干凈，將樣品壓片放置在燃燒皿中部。剪取18cm長的引燃鐵絲，用直徑3mm左右的筆芯等將引燃鐵絲中段繞成螺旋形5-6圈，將螺旋部分緊貼在樣品壓片的表面，兩端分別固定在兩個電極上。注意引燃鐵絲不能與燃燒皿接觸，固定在兩個電極上要接觸良好，這是實驗成敗的關(guān)鍵。旋緊氧彈蓋，擰緊排氣旋鈕。打開氧氣鋼瓶閥門，減壓閥上的一個氧氣壓力表指示鋼瓶內(nèi)的壓力；擰緊減壓閥，使減壓閥上另一個氧氣壓力表的示數(shù)為2.0MPa；連接好充氣閥和減壓閥，充氣閥接在氧彈的充氣頭上，打開充氣閥，稍充一點氧氣即關(guān)閉充氣閥，打開排氣旋鈕排氣，擰緊排氣旋鈕，再稍充一點氧氣排掉，反復兩三次，置換掉氧彈內(nèi)的空氣；擰緊排氣旋鈕，打開充氣閥，直到充氣閥上的氧氣壓力表指針不動（指示2.0MPa左右）。燃燒熱的測定2021/4/99四、實驗步驟3、測量用量筒量取已被調(diào)節(jié)到低于室溫1℃的自來水3000ml于內(nèi)桶中；將氧彈放入內(nèi)桶水中的托架上，裝好攪拌器；氧彈兩電極分別與控制器上的點火導線相連；蓋好蓋子，先用測溫探頭測一下保溫層中水的溫度（該溫度是雷諾溫度校正圖中的T點），然后將其插入內(nèi)桶；開動攪拌器，每隔1min讀取一次溫度；10-12min后，按控制器上的點火按鈕，同時讀取溫度改為30s一次（溫度明顯上升表示點火成功，否則檢查失敗的原因，重新開始），直至兩次讀數(shù)差值小于0.005℃，恢復1min讀取一次溫度，再繼續(xù)10-12min后停止。關(guān)閉攪拌器，取出測溫探頭，取出氧彈打開排氣閥，打開氧彈，檢查樣品是否完全燃燒，若發(fā)現(xiàn)黑色殘渣，則說明氧氣量不足，樣品沒能完全燃燒，需要重新實驗；測量未燃燒的鐵絲長度；擦干氧彈和內(nèi)桶。燃燒熱的測定（二）萘的燃燒熱的測定稱取0.7g左右的萘，按上述方法進行測定。2021/4/910五、數(shù)據(jù)處理（一）數(shù)據(jù)表燃燒熱的測定表1卡計的水當量C計的測定室溫：℃大氣壓：MPa苯甲酸質(zhì)量g夾套水的溫度℃點火前時間溫差點火后時間溫差升溫趨緩后時間溫差引燃鐵絲起始長度cm剩余長度cm燃燒長度cm此表作為參考，根據(jù)實際需要變更苯甲酸的燃燒熱為-26460J/g，引燃鐵絲的燃燒熱值為-2.9J/cm2021/4/911五、數(shù)據(jù)處理（一）數(shù)據(jù)表燃燒熱的測定表2萘的燃燒熱測定萘的質(zhì)量g夾套水的溫度℃點火前時間溫差點火后時間溫差升溫趨緩后時間溫差引燃鐵絲起始長度cm剩余長度cm燃燒長度cm此表作為參考，根據(jù)實際需要變更引燃鐵絲的燃燒熱值為-2.9J/cm2021/4/912五、數(shù)據(jù)處理（二）用坐標紙，分別根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，由溫差對時間作苯甲酸和萘燃燒的雷諾校正圖，從圖中分別求得苯甲酸和萘燃燒導致的介質(zhì)溫度的變化ΔT，計算C計和萘的恒容燃燒熱Qv，并計算其恒壓燃燒熱Qp

。（三）根據(jù)所用儀器的精度，正確表示測量結(jié)果，并分析實驗誤差。燃燒熱的測定2021/4/913六、注意事項（一）待測樣品需干燥，受潮樣品不易燃燒且稱量有誤。（二）注意壓片的緊實程度，太緊不易燃燒。（三）燃燒鐵絲和電極一定要接觸良好，燃燒鐵絲不能碰到燃燒皿，燃燒鐵絲的螺旋部分應(yīng)盡量靠近樣品。（四）在燃燒第二個樣品時