1、有機(jī)物燃燒焓的測(cè)定一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1明確燃燒焓的定義，了解恒壓熱效應(yīng)與恒容熱效應(yīng)的關(guān)系。2掌握有關(guān)熱化學(xué)實(shí)驗(yàn)的一般知識(shí)和技術(shù)。3用氧彈式量熱計(jì)測(cè)定有機(jī)物的燃燒焓。 二實(shí)驗(yàn)原理 熱化學(xué)中定義：在指定溫度和壓力下，一摩爾物質(zhì)完全燃燒成指定產(chǎn)物的焓變，稱為該物質(zhì)在此溫度下的摩爾燃燒焓，記作CHm。通常，C、H等元素的燃燒產(chǎn)物分別為CO2(g)、H2O(l)等。由于上述條件下H=Qp，因此CHm也就是該物質(zhì)燃燒反應(yīng)的等壓熱效應(yīng)Qp,m。在適當(dāng)?shù)臈l件下，許多有機(jī)物都能迅速而完全地進(jìn)行氧化反應(yīng)，這就為準(zhǔn)確測(cè)定它們的燃燒焓創(chuàng)造了有利條件。在實(shí)際測(cè)量中，燃燒反應(yīng)常在恒容條件下進(jìn)行，如在彈式量熱計(jì)中進(jìn)行，這樣直接測(cè)

2、得的是反應(yīng)的恒容熱效應(yīng)QV（即燃燒反應(yīng)的熱力學(xué)能變CU）。若將應(yīng)系統(tǒng)中的氣體物質(zhì)視為理想氣體，根據(jù)熱力學(xué)推導(dǎo)可得CHm和CUm的關(guān)系為： 或 （1）式中，T為反應(yīng)溫度(K)；CHm為摩爾燃燒焓(J·mol-1)；CUm為摩爾燃燒熱力學(xué)能變(J·mol-1)；vB(g)為燃燒反應(yīng)方程中各氣體物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)，規(guī)定生產(chǎn)物取正值，反應(yīng)物取負(fù)值。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得QV,m(J·mol-1)值，根據(jù)上式就可計(jì)算出Qp,m(J·mol-1)，即燃燒焓的值CHm。本實(shí)驗(yàn)是用氧彈式量熱計(jì)進(jìn)行萘的燃燒焓的測(cè)定。量熱計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示，氧彈結(jié)構(gòu)如圖2所示。實(shí)驗(yàn)中，設(shè)質(zhì)量為ma（g

3、）的待測(cè)物質(zhì)（恒容燃燒熱為Qv,m）和質(zhì)量為mb（g）的點(diǎn)火絲（恒容燃燒熱為q，J·g-1）在氧彈中燃燒，放出的熱可使質(zhì)量為wm的水（比熱容為cw，J·K-1·g-1）及量熱器本身（熱容為Cm，J·K-1）的溫度由T1升高到T2，則根據(jù)能量守恒定律可得到熱平衡關(guān)系 （2）式中，M為該待測(cè)物的摩爾質(zhì)量；規(guī)定系統(tǒng)放熱時(shí)Q取負(fù)數(shù)；K= ( Cm+cw· wm)，同一套儀器、當(dāng)內(nèi)筒中的水量一定時(shí)，K值恒定，稱K為儀器常數(shù)或水當(dāng)量（J·K-1），常用已知燃燒熱值Qv的苯甲酸來(lái)測(cè)定。求出量熱體系的儀器常數(shù)K后，再用相同方法對(duì)其它物質(zhì)進(jìn)行測(cè)定，測(cè)出

4、溫升T=T2 - T1，代入上式，即可求得待測(cè)物的燃燒Qv,m或CUm。實(shí)際上，氧彈式熱量計(jì)不是嚴(yán)格的絕熱系統(tǒng)，加之由于傳熱速度的限制，燃燒后由最低溫度達(dá)最高溫度需一定的時(shí)間，在這段時(shí)間里系統(tǒng)與環(huán)境難免發(fā)生熱交換，因而從溫度計(jì)上讀得的溫差就不是真實(shí)的溫差。為此，必須對(duì)讀得的溫差進(jìn)行校正。校正的方法可以有作圖法（雷諾法）和公式法（奔特公式）。公式法的使用見(jiàn)“數(shù)據(jù)處理”部分。三儀器和試劑 氧彈式量熱計(jì)，精密電子溫差測(cè)量?jī)x，氧氣鋼瓶，充氧機(jī)，壓片機(jī)，萬(wàn)用電表，臺(tái)稱，電子天平，容量瓶(1000mL)，苯甲酸(分析純，Qv,m-3227.51 kJ·mol-1)，萘(分析純)，專用燃燒鎳絲（q

5、-1525 J·g-1）。四實(shí)驗(yàn)步驟1. 儀器常數(shù)的測(cè)定 （1）準(zhǔn)備點(diǎn)火絲：量取長(zhǎng)約10cm點(diǎn)火絲，在電子天平上準(zhǔn)確稱重，得mb值。在直徑約3mm的玻璃棒上，將其中段繞成螺旋形5圈6圈。（2）壓片：用臺(tái)秤預(yù)稱取0.9g1.1g的苯甲酸，在壓片機(jī)上壓成圓片。將壓片制成的樣品放在干凈的稱量紙上，小心除掉有污染和易脫落部分，然后在電子天平上精確稱量，得ma值。（3）裝氧彈：將氧彈蓋取下放在專用架上，用濾紙擦凈電極及不銹鋼坩堝。先放好坩堝，然后用鑷子將樣品放在坩堝正中央（樣品凹面朝上）。將準(zhǔn)備好的燃燒絲兩端固定在電極上，并將螺旋部分緊貼在樣品的上表面，然后小心旋緊氧彈蓋（注意：點(diǎn)火絲不可與坩

6、堝接觸，以防短路）。（4）充氧氣：將氧彈接入充氧機(jī)，檢查氧氣鋼瓶上的減壓閥，使其處于關(guān)閉狀態(tài)，再打開(kāi)氧氣鋼瓶上的總開(kāi)關(guān)。然后輕輕擰緊減壓閥螺桿(擰緊即是打開(kāi)減壓閥)，使氧氣緩慢進(jìn)入氧彈內(nèi)。待減壓閥上的減壓表壓力指到1.8MPa2.0MPa之間時(shí)停止，關(guān)閉氧氣鋼瓶總開(kāi)關(guān)，并擰松壓閥螺桿。（5）安裝熱量計(jì)：先放好內(nèi)筒，調(diào)整好攪拌，注意不要讓葉輪碰撞內(nèi)筒壁。將氧彈放在內(nèi)筒正中央，接好點(diǎn)火插頭，加入3000mL自來(lái)水。插入精密電子溫差測(cè)量?jī)x上的測(cè)溫探頭，注意既不要和氧彈接觸、內(nèi)筒壁接觸，使導(dǎo)線從蓋孔中出來(lái)，安裝完畢。（6）數(shù)據(jù)測(cè)量：打開(kāi)精密電子溫差測(cè)量?jī)x，打開(kāi)攪拌，設(shè)定溫度讀數(shù)時(shí)間間隔為30秒。待溫度

7、基本穩(wěn)定后將溫差測(cè)量?jī)x“采零”、“鎖定”，開(kāi)始記錄溫差數(shù)據(jù)。整個(gè)數(shù)據(jù)記錄分為三個(gè)階段：a初期：這是樣品燃燒以前的階段。在這一階段觀測(cè)和記錄周圍環(huán)境和量熱體系在試驗(yàn)開(kāi)始溫度下的熱交換關(guān)系。每隔1分鐘讀取溫度1次，共讀取6次。b主期：從點(diǎn)火開(kāi)始至傳熱平衡稱為主期。在讀取初期最末1次數(shù)值的同時(shí)，按一下“點(diǎn)火”按鈕即進(jìn)入主期。此時(shí)每30秒讀取溫度1次，直到溫度不再上升而開(kāi)始下降的第1次溫度為止。 c末期：這一階段的目的與初期相同，是觀察在試驗(yàn)后期的熱交換關(guān)系。此階段仍是每30秒讀取溫度1次，直至溫度停止下降為止(約共讀取10次)。停止觀測(cè)溫度后，從熱量計(jì)中取出氧彈，放盡其中的氣體，擰開(kāi)并取下氧彈蓋，氧

8、彈中如有煙黑或未燃盡的試樣殘余，表明試驗(yàn)失敗，應(yīng)重做。2.萘的燃燒焓的測(cè)定稱取0.8g1g 萘，用與“儀器常數(shù)的測(cè)定”相同的方法進(jìn)行測(cè)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)束，用干布將氧彈內(nèi)外表面和彈蓋擦凈，最好用熱風(fēng)將彈蓋及零件吹干或風(fēng)干。五數(shù)據(jù)處理1儀器常數(shù)由苯甲酸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)按下式計(jì)算： 2量熱計(jì)熱交換校正值t，用奔特公式計(jì)算：t=m(v+v1) / 2+v1r3萘的恒容燃燒熱由實(shí)驗(yàn)結(jié)果按下式計(jì)算：萘燃燒實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)讀數(shù)序數(shù)（每30s一次）初期溫度/主期溫度/末期溫度/016.7917.5420.42117.8820.38216.9118.8120.33319.8120.30417.0420.1320.26520.2820

9、.24617.1020.4420.23720.5720.23817.1220.61920.621017.1520.591120.551217.17(點(diǎn)火)20.47v= (16.79-17.17)/10=-0.038 =(20.42-20.23)=0.019=(-0.038+0.019)×4/2+0.019×8=0.114燃燒反應(yīng)方20.33程式為： =(-16052.34)×(20.47-17.54+0.114)-(-1525)×0.0110×=-7651.89 KJ/mol=-7651888-2×8.314×293.54

10、9=-7656.77 KJ/mol上式中，T(K)為反應(yīng)溫度，可在按下點(diǎn)火按鈕時(shí)記下精密電子溫差測(cè)量?jī)x顯示的溫度讀數(shù)，等于17.17。4記錄及計(jì)算:苯甲酸燃燒實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)讀數(shù)序數(shù)（每30s一次）初期溫度/主期溫度/末期溫度/017.7518.0419.81118.6619.85217.8819.0719.85319.24417.9419.48519.68617.9719.81719.88817.9919.88919.871018.0119.851119.851218.03（點(diǎn)火）19.85苯甲酸熱值：Qv,m-3227.51 kJ·mol-1 V= 17.75-18.03=0.28 =1

11、9.85-19.85=0 =-0.28×3/2=-0.42 = 0.0109g q×mb = -1525J/g0.0048g=-7.32J K=(-3227510×0.0109/122-7.32)/(19.85-18.03-0.42)=-211.20J/六注意事項(xiàng)1每次使用鋼瓶時(shí)，應(yīng)在老師指導(dǎo)下進(jìn)行；充氧時(shí)注意操作，手上不可附有油膩物。2坩堝每次使用后，應(yīng)清洗干凈并擦干。3試樣燃燒焓的測(cè)定和儀器常數(shù)的測(cè)定，應(yīng)盡可能在相同條件下進(jìn)行。4未取出溫感器，不得打開(kāi)量熱計(jì)的蓋子。5點(diǎn)火線安裝時(shí)不能碰到氧彈壁。七思考題1.本實(shí)驗(yàn)如何考慮系統(tǒng)與環(huán)境？答：氧彈內(nèi)部空間為體系，氧彈以外為環(huán)境，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有熱損耗，可增加氧彈壁的厚度來(lái)降低熱損耗。2固體樣品為什么要壓成片狀?如何測(cè)定液體樣品的燃燒熱? 答：壓成片狀是為了方便稱量和安裝試驗(yàn)裝置，避免在稱量和裝藥品時(shí)有損失，影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。而且在點(diǎn)火