实验一 燃烧热的测定.doc

实验一 燃烧热的测定 (一)、实验目的 1．掌握氧弹式量热计使用方法及测量物质燃烧热的技术。 2．测定萘的摩尔燃烧热。 (二)、实验原理 燃烧热是指温度为T时由物质B与氧进行完全氧化时所放出的热。所谓完全氧化是指C全部生成CO2，H全部生成H2O（l），若有CO或游离C产生则说明氧化不完全甚至很不完全。 燃烧热可在恒容或恒压情况下测定。如在298.15K和101325Pa下，苯甲酸的恒压燃烧热（摩尔燃烧热）为3326.8kJ·mol－1。在实验中用氧弹量热计进行实验时，氧弹放置在装有一定量水的铜水桶中，水桶外是空气隔热层，再外面是温度恒定的水夹套。样品在体积固定的氧弹中燃烧放出的热、引火丝燃烧放出的热和由氧气中微量的氮气氧化成硝酸的生成热，大部分被水桶中的水吸收；另一部分则被氧弹、水桶、搅拌器及温度计等所吸收。在量热计与环境没有热交换的情况下，可写出如下的热量平衡式： （1－1） 式中：—被测物质的定容热值，单位为J·g-1； —被测物质的质量，单位为g； q—引火丝的热值，单位为J·g-1(铁丝为－6694J·g-1)； b—烧掉的引火丝质量，单位为g； 5.98—硝酸生成热为-59831 J·mol-1，当用0.100mol·L-1NaOH滴定生成的硝酸时，每毫升碱相当于-5.98J； c—滴定生成硝酸时耗用0.100mol·L-1NaOH的毫升数； W—水桶中水的质量单位g； h—水的比热容单位J·g-1·K-1； —氧弹、水桶等的总热容单位J·K-1； —与环境无热交换时的真实温差。 如在实验时保持水桶中水量一定，把（1—1）式右端常数合并得到下式： （1－2） 式中：（），J·K-1；称为量热计常数。 若忽略空气中氮气氧化成硝酸时的生成热，故（1－2）式可写成： 则： 式中： 为量热计常数（14654 J·K-1）；为引火丝（镍铬丝）发热值（1400 J·g-1） 实际上，氧弹式量热计不是严格的绝热系统，加之由于传热速度到达最高温度需要一定的时间，在这段时间里系统与环境难免发生热量交换，因此燃烧前后温度变化的测量值必须经过雷诺作图法进行校正，其校正方法如下： 将燃烧前后每次观察到的温度对时间作图，取成a b c d 线[如图 1 (a) 图中b相当于开始燃烧之点，c为观察到最高的温度读数点，由于量热计和外界的热量交换，曲线ab及cd常常发生倾斜。取b点所对应的温度T1，c点所对应的温度T2，其平均温度（T1 + T2）/2为T，经过T点作横轴的平行线TO与曲线相交于O点，然后过O点作TO的垂直线AB，此线与ab、cd线的延长线交于E、F两点，则E点和F点所表示的温差即为欲求温度的升高值△T。图中 `表示环境辐射进来的热量而造成量热计温度的升高，这部分是必须扣除的，而表示量热计向环境辐射出的热量而造成量热计温度的降低，因此这部分是必须加入的。 有时量热计的绝热情况良好，热量散失少，而搅拌器的功率又比较大，这样往往不断引进少量热量，使得燃烧后的温度最高点不会明显出现，这种情况下△T仍然可按照同法进行校正[如图1－3（b）]。 图1 (a) 绝热较差时系统温度校正图 图1 (b) 绝热良好时系统温度校正图 图1 雷诺校正图 从(1－2) 式可知，要测得样品的，必须知道量热计的总热容。测定方法是以一定量的已知燃烧热的标准物质(本实验用苯甲酸)，在相同条件下进行实验。用图解法对温差进行校正后，就可按式(1－2)算出来，求得后，就可求出被测物质的值来。本实验所测之样品为萘。 测定燃烧热可以在恒容条件下进行，也可以在恒压条件下进行。由热力学第一定律可知：恒容燃烧热()等于内能的变化，恒压燃烧热()等于焓变化，而化学反应的热效应(包括燃烧热)通常是用恒压热效应()来表示的。本实验是在氧弹内进行(氧弹结构如图1－2所示)，由于氧弹的体积固定，所测定的热效应是恒容热效应 。而，若忽略固体与液体在体系中所占体积，并假设气体遵守理想气体定律，则，因为常数，反应中温度可看作是固定的，则，其中、分别为反应物与产物的气体摩尔数，所以有： (1－3) (三)、仪器药品 HR－15A数显氧弹式量热计一套、压片机、电