1、實(shí)驗(yàn)二 燃燒熱的測(cè)定,喀什師范學(xué)院基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心,1、用氧彈熱量計(jì)測(cè)定萘的燃燒熱。 2、明確燃燒熱的定義，了解恒壓燃燒熱與 恒容燃燒熱的區(qū)別。 3、了解熱量計(jì)中主要部件的作用，掌握熱 量計(jì)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。 4、學(xué)會(huì)雷諾圖解法校正溫度變化值。,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?二、實(shí)驗(yàn)原理 1、燃燒與量熱 根據(jù)熱化學(xué)規(guī)定，1摩爾物質(zhì)完成氧化 (燃燒)時(shí)的反應(yīng)熱稱為燃燒熱。所謂完全氧化是指化合物元素中CCO2(氣)，H2H2O(液)，SSO2(氣)，同時(shí)還必須指出反應(yīng)物和生成物在指定的溫度下都屬于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。如苯甲酸在298.15K時(shí)的燃燒反應(yīng)過(guò)程為 C6H5COOH(固)+15/2 O2(氣)7CO2(氣)+3 H2

2、O(液),量熱法是熱力學(xué)的一個(gè)基本實(shí)驗(yàn)方法。在恒容或恒壓條件下可以分別測(cè)得恒容燃燒熱QV和恒壓燃燒熱Qp。由熱力學(xué)第一定律可知，恒容過(guò)程的熱效應(yīng)QV等于體系內(nèi)能變化U。恒壓過(guò)程的熱效應(yīng)Qp等于其焓變H。它們之間的相互關(guān)系為 Qp QV+n(RT) (21) HU+n(RT) (22) 其中n為反應(yīng)前后反應(yīng)物和生成物中氣體物質(zhì)的量之差；R為氣體常數(shù)；T為反應(yīng)時(shí)的熱力學(xué)溫度。,本實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè)定萘完全燃燒時(shí)的恒容燃燒熱，然后計(jì)算出萘的恒壓燃燒熱。 熱是一個(gè)很難測(cè)定的物理量，熱量的傳遞往往表現(xiàn)為溫度的改變。而溫度卻很容易測(cè)量。如果有一種儀器，已知它每升高一度所需的熱量，那么，我們就可在這種儀器中進(jìn)行燃燒

3、反應(yīng)，只要觀察到所升高的溫度就可知燃燒放出的熱量。根據(jù)這一熱量我們便可求出物質(zhì)的燃燒熱。本實(shí)驗(yàn)所用的氧彈熱量計(jì)是一種環(huán)境恒溫式熱量計(jì)，它就是這樣的一種儀器。,熱量計(jì)如圖1所示,。,圖2-1氧彈卡計(jì)安裝示意圖 1、氧彈 2、內(nèi)筒 3、攪拌器 4、絕熱膠板 5、貝克曼溫度計(jì) 6、溫度觀測(cè)鏡 7、溫度計(jì)固定架 8、馬達(dá) 9、空氣層 10、水保溫層,圖2為氧彈的構(gòu)造圖,圖2-2 氧彈構(gòu)造 1、厚壁圓筒 2、彈蓋3、螺帽 4、進(jìn)氣孔 5、排氣孔 6、電極 7、燃燒皿 8、另一電極 9、火焰遮板,2、氧彈熱量計(jì) 氧彈熱量計(jì)的基本原理是能量守恒定律。樣品完全燃燒所釋放出的能量使得氧彈本身及其周圍的介質(zhì)和熱量

4、計(jì)有關(guān)附件的溫度升高。測(cè)量介質(zhì)在燃燒前后溫度的變化值，就可求算出該樣品的恒容燃燒熱。其關(guān)系式如下： W樣/M.QVLQL(W水C水C計(jì))T (23),W水和C水是以水作為測(cè)量介質(zhì)時(shí)水的質(zhì)量和比熱容；C計(jì)稱為熱量計(jì)的水當(dāng)量，即除水以外，熱量計(jì)升高1所需的熱量；T為樣品燃燒前后水溫的變化值。 式中，W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是引燃用鎳絲的長(zhǎng)度和單位長(zhǎng)度燃燒熱。 為了保證樣品完全燃燒，氧彈中須充以高壓氧氣，因此氧彈應(yīng)有很好的密封性能，耐高壓且耐腐蝕，氧彈放在一個(gè)與室溫一致的恒溫套殼中。盛水桶與套殼之間有一個(gè)高拋光的檔板，以減少熱輻射和空氣的對(duì)流。,3、雷諾溫

5、度校正圖 實(shí)際上，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中環(huán)境與體系間的熱量傳遞無(wú)法完全避免，它對(duì)溫差測(cè)量值的影響可用雷諾溫度校正圖校正，能較好地解決這一問(wèn)題。具體方法為：稱取適量待測(cè)物質(zhì)，估計(jì)其燃燒后可使水溫上升1.52.0。預(yù)先調(diào)節(jié)水溫低于室溫1左右。按操作步驟進(jìn)行測(cè)定，將燃燒前后觀察所得一系列水溫和時(shí)間關(guān)系作圖，得一曲線如圖3所示。,圖2-3 絕熱較差時(shí)的雷諾校正圖,圖2-4 絕熱良好時(shí)的雷諾校正圖,圖中H點(diǎn)相當(dāng)開始燃燒之點(diǎn)，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)作水平線交于曲線I，過(guò)I點(diǎn)做垂直于時(shí)間軸的ab線，然后將FN線外延交ab線于A點(diǎn)，將GD線外延，交ab線于C點(diǎn)，則AC兩點(diǎn)間的距離即為T

6、。圖中AA為開始燃燒到溫度升到室溫這一段時(shí)間t1內(nèi)，由環(huán)境輻射及攪拌引進(jìn)的能量而造成的熱量計(jì)的溫度升高，故應(yīng)予以扣除。CC為溫度由室溫升高到最高點(diǎn)D這一段時(shí)間t2內(nèi)，熱量計(jì)向環(huán)境輻射而造成本身溫度的降低，計(jì)算時(shí)必須考慮在內(nèi)。,故可認(rèn)為AC兩點(diǎn)的差值較客觀地反應(yīng)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，而攪拌器的功率較大，不斷引進(jìn)能量使得曲線不出現(xiàn)極高溫度點(diǎn)，如圖4所示，其校正方法相似。,三、儀器與試劑 氧彈量熱計(jì) 秒表 氧氣鋼瓶 臺(tái)秤 氧氣減壓閥 貝克曼溫度計(jì) 壓片機(jī) 溫度計(jì)(50) 扳手 萬(wàn)用表 燒杯(1000ml) 苯甲酸(分析純) 萘(分析純) 點(diǎn)火絲,1、

7、儀器介紹 圖1是實(shí)驗(yàn)室所用的氧彈熱量計(jì)的整體裝配圖，圖2是用來(lái)測(cè)量恒容燃燒的氧彈結(jié)構(gòu)圖。下面分別介紹。 圖1中，內(nèi)筒C以內(nèi)的部分為儀器的主體，即為本實(shí)驗(yàn)研究的體系，體系C與外界以空氣層B絕熱，下方有絕緣的墊片4架起，上方有絕熱膠板5敷蓋。為了減少對(duì)流和蒸發(fā)，減少熱輻射及控制環(huán)境溫度恒定，體系外圍包有溫度與體系相近的水夾套A。為了使體系溫度很快達(dá)到均勻，還裝有攪拌器2，由馬達(dá)6帶動(dòng)。,圖2是氧彈的構(gòu)造。氧彈是用不銹鋼制成的，主要部分有厚壁圓筒1、彈蓋2和螺帽3緊密相連；在彈蓋上裝有用來(lái)充入氧氣的進(jìn)氣孔4、排氣孔5和電極6，電極直通彈體內(nèi)部，同時(shí)作為燃燒皿7的支架；為了將火焰反射向下而使彈體溫度均

8、勻，在另一電極8（同時(shí)也是進(jìn)氣管）的上方還有火焰遮板9。 2、熱量計(jì)水當(dāng)量的測(cè)定（求C計(jì)） (1)樣品制作 先將壓片用鋼模清洗并使其干燥，用臺(tái)秤,稱取1g苯甲酸（切勿超過(guò)1.1g），取長(zhǎng)度為20cm左右的點(diǎn)火絲一根，準(zhǔn)確稱量并把其雙折后在中間位置打環(huán)，置于壓片機(jī)的底板壓模上，裝入壓片機(jī)內(nèi)，倒入預(yù)先粗稱的苯甲酸樣品，使樣品粉末將鎳絲環(huán)浸埋，用壓片機(jī)螺桿徐徐旋緊，稍用力使樣品壓牢，用力要適中壓力不能太大，太大易使鎳絲壓斷，樣片壓得太松，樣品容易脫落，抽去模底的托扳手，繼續(xù)向下壓，用干凈的紙接住樣品，彈去周圍的粉末，將樣品在分析天平上準(zhǔn)確稱量后供燃燒使用。,(2)裝樣并充氧氣 擰開氧彈蓋，將氧彈內(nèi)壁

9、擦干凈，特別是電極下端的不銹鋼接線柱更應(yīng)擦干凈。放上金屬小皿，將樣片上的點(diǎn)火絲小心地綁牢于氧彈中兩根電極8與10上（見圖2氧彈剖面釁）。旋緊氧彈蓋，用萬(wàn)用表檢查兩電極是否通路。旋緊出氣口5后即可充氧氣。卸下進(jìn)氣管口的螺栓，按圖5將氧氣表頭的導(dǎo)管與氧彈的進(jìn)氣管接通，此時(shí)減壓閥門2應(yīng)逆時(shí)針旋松（即關(guān)緊），打開氧氣鋼瓶上端氧氣出口閥門1（總閥），然后緩緩放緊減壓閥門2（即漸漸打開），使表2指針指在表2MPa，,(3)燃燒和測(cè)量溫差,按圖1將熱量計(jì)內(nèi)筒及攪拌器裝配好。用量杯量取已被調(diào)節(jié)到低于室溫1的自來(lái)水3000ml于內(nèi)筒C中，把充好氧放入內(nèi)筒C，再次用萬(wàn)用表檢查兩電極是否通路，把氧彈兩電極用導(dǎo)線與點(diǎn)

10、火控制器連接，安裝上貝克曼溫度計(jì)，蓋上蓋子檢查“點(diǎn)火”開關(guān)是否置于“關(guān)”的位置，然后接通電源，開動(dòng)攪拌馬達(dá)，待溫度穩(wěn)定上升后，每隔1min讀取一次溫度（準(zhǔn)確讀至0.002）。1015min后，,按下控制器上點(diǎn)火電鍵通電點(diǎn)火。若控制器上點(diǎn)火指標(biāo)燈亮后即熄滅，且溫度迅速上升，表示氧彈內(nèi)樣品已燃燒；（此時(shí)立即將點(diǎn)火電源撥回“關(guān)”的位置）。若燈亮后不熄滅，表示點(diǎn)火絲沒有燒斷，應(yīng)立即加大電流引發(fā)燃燒；若指標(biāo)燈根本不亮，而且溫度不見迅速上升，則表示樣品沒有燃燒，須打開氣彈檢查原因。,自按下電源后，每隔30S讀一次溫度，直至兩次讀數(shù)差值小于0.005，讀數(shù)間隔恢復(fù)為1min一次，繼續(xù)15min后方可停止實(shí)驗(yàn)

11、。小心取下貝克曼溫度計(jì)，再取出氧彈，打開排氣閥，排出廢氣，旋開氧彈蓋，觀察樣品燃燒是否完全，如有黑色殘?jiān)?，則證明燃燒不完全，實(shí)驗(yàn)需重新進(jìn)行。如燃燒完全，取下剩余的點(diǎn)火 絲并用分析天平準(zhǔn)確衡量質(zhì)量。樣品點(diǎn)燃及燃燒完全與否，是本實(shí)驗(yàn)最重要一步。,3、萘的燃燒熱測(cè)量 用臺(tái)秤稱取0.6g左右的萘，按上述操作步驟進(jìn)行測(cè)定。 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后將氧彈及盛水筒洗凈擦干。 五、數(shù)據(jù)處理 1、苯甲酸燃燒熱為-26460Jg -1 引燃鎳絲燃燒熱為-3243 Jg -1 鎳線燃燒熱為-16736 Jg -1 水燃燒熱為-1 Jg -1,2、數(shù)據(jù)記錄 室溫 實(shí)驗(yàn)溫度 苯甲酸質(zhì)量 g 萘質(zhì)量 g 鎳絲質(zhì)量 g 剩余鎳絲質(zhì)量 g 將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的苯甲酸及萘的時(shí)間和溫度數(shù)據(jù)列表。 3、數(shù)據(jù)處理 作苯甲酸和萘 的雷諾溫度校正圖，準(zhǔn)確 求出二者的T。由此計(jì)算水當(dāng)量C計(jì)和 萘的恒容燃燒熱QV，并計(jì)算其恒壓燃燒熱QP。,4、結(jié)果討論 根據(jù)所用儀器的精度，正確表示測(cè)量結(jié)果，并指出最大測(cè)量誤差所在。計(jì)算出絕對(duì)誤差。 六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 本實(shí)驗(yàn)所用儀器比較復(fù)雜和精密，操作技術(shù)要求較高，所有操作環(huán)節(jié)中，稍有疏忽易引入誤差，甚至導(dǎo)致失敗。實(shí)驗(yàn)前必須了解它的性能及使用方法，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。,1、壓片時(shí)燃燒絲必須壓入片內(nèi)，并注意壓片的緊實(shí)度。 2、氧彈充完氧氣 后一定要檢查是