實(shí)驗(yàn)二燃燒熱的測(cè)定一、目的要求用氧彈量熱計(jì)測(cè)定萘的燃燒熱。了解氧彈量熱計(jì)的原理、構(gòu)造及使用方法。二、實(shí)驗(yàn)原理1摩爾物質(zhì)完全氧化時(shí)的反應(yīng)熱稱為燃燒熱。所謂完全氧化是指C變?yōu)镃O（氣），H變?yōu)镠0（液），S變?yōu)镾O（氣），N變?yōu)镹（氣），如銀2222等金屬都變成為游離狀態(tài)。例如：在25°C、1.01325X105Pa下苯甲酸的燃燒熱為-3226.9kJ/mol,反應(yīng)方程式為：CHCOOH（s）+7十O（g）—1.01325〉d05Pa65 22 25C 2 2AHo=—3226.9kJ/molcm對(duì)于有機(jī)化合物，通常利用燃燒熱的基本數(shù)據(jù)求算反應(yīng)熱。燃燒熱可在恒容或恒壓條件下測(cè)定，由熱力學(xué)第一定律可知：在不做非膨脹功的情況下，恒容燃燒熱Q=AU，恒壓燃燒熱Q=AH。在體積Vp恒定的氧彈式量熱計(jì)中測(cè)得的燃燒熱為QV，而通常從手冊(cè)上查得的數(shù)據(jù)為Qp，這兩者可按下列公式進(jìn)行換算Q=Q+RTAn（g） （2-1）pV式中，An（g）——反應(yīng)前后生成物和反應(yīng)物中氣體的物質(zhì)的量之差；R——?dú)怏w常數(shù)；T——反應(yīng)溫度，用絕對(duì)溫度表示。通常測(cè)定物質(zhì)的燃燒熱，是用氧彈量熱計(jì)，測(cè)量的基本原理是能量守恒定律。一定量被測(cè)物質(zhì)樣品在氧彈中完全燃燒時(shí)，所釋放的熱量使氧彈本身及其周圍的介質(zhì)和量熱計(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A(chǔ)T，就能計(jì)算出該樣品的燃燒熱。WWQ+-^品Q二（CW+C）（T—T） （2-2）鐵絲鐵絲MV水水總21式中，W，M——分別為樣品的質(zhì)量和摩爾質(zhì)量；樣品Q――為樣品的恒容燃燒熱；VW,Q――引燃用的鐵絲的質(zhì)量和單位質(zhì)量的燃燒熱鐵絲鐵絲（Q=6.69kJ-g-i）；鐵絲C，W――分別為水的比熱容和水的質(zhì)量；水水C――是量熱計(jì)的總熱容（氧彈、水桶每升高1K,所需的總總熱量）；T-T——即AT，為樣品燃燒前后水溫的變化值。21若每次實(shí)驗(yàn)時(shí)水量相等,對(duì)同一臺(tái)儀器C不變，則（CW+C）總 水水總可視為定值K，稱為量熱計(jì)的水當(dāng)量。水當(dāng)量K的求法是：用已知燃燒熱的物質(zhì)（本實(shí)驗(yàn)用苯甲酸）放在量熱計(jì)中燃燒，測(cè)其始末溫度，求出AT，便可據(jù)式2-2求出K。三、儀器和藥品1.儀器SHR-15氧彈量熱計(jì)1臺(tái)；SWC-II精密溫度溫差儀1臺(tái)；壓片機(jī)1D臺(tái)；充氧器1臺(tái)；氧氣鋼瓶1個(gè)。部分實(shí)驗(yàn)儀器如圖2.1和圖2.2所示。鐵絲；苯甲酸（標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)）；萘（AR）。圖鐵絲；苯甲酸（標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)）；萘（AR）。圖2.2氧彈剖面圖四、實(shí)驗(yàn)步驟（一）、步驟1.萘的燃燒熱測(cè)定⑴壓片：用臺(tái)秤稱取大約0.6g萘，用分析天平準(zhǔn)確稱量燃燒絲質(zhì)量，將已精確稱量的燃燒絲穿在壓片機(jī)鋼模的底板內(nèi)，然后將鋼模底板裝進(jìn)模子中，從上面倒入稱好的萘樣品，在壓片機(jī)上壓成圓片。將萘圓片在干凈的玻璃扳上輕擊二三次，再用分析天平精確稱量。⑵裝氧彈：把氧彈的彈頭放在彈頭架上，將樣品萘放入坩鍋內(nèi)，把坩鍋放在燃燒架上。然后將燃燒絲兩端分別固定在彈頭中的兩根電極上。在彈杯中注入10ml水，把彈頭放入彈杯中，用手?jǐn)Q緊。⑶充氧：使用高壓鋼瓶必須嚴(yán)格遵守操作規(guī)則。開始先充入少量氧氣22（約0.5MPa）,然后開啟出口，借以趕出彈中空氣。再充入約1.5?2MPa的氧氣。⑷調(diào)節(jié)水溫：將量熱計(jì)外筒內(nèi)注滿水，緩慢攪動(dòng)。打開精密溫度溫差儀的電源并將其傳感器插入外筒水中測(cè)其溫度。再用桶取適量自來水，測(cè)其溫度，并調(diào)節(jié)水溫使其低于外筒水溫1度左右。用容量瓶精確量取3000ml已調(diào)節(jié)的自來水注入內(nèi)筒，水面剛好蓋過氧彈。如氧彈有氣泡逸出，說明氧彈漏氣，尋找原因并排除。將電極插頭插在氧彈兩電極上，電極線嵌入桶蓋的槽中，蓋上蓋子（攪拌器不要與彈頭相碰）。將兩電極插入點(diǎn)火控制箱。同時(shí)將傳感器插入內(nèi)筒水中。⑸點(diǎn)火：打開SHR-15氧彈式量熱計(jì)的電源，開啟攪拌開關(guān)，進(jìn)行攪拌。水溫基本穩(wěn)定后，將溫差儀“采零”并“鎖定”。然后將傳感器取出放入外筒水中，記錄其溫差值，再將傳感器插入內(nèi)筒水中。每隔1分鐘讀水溫一次（精確至±0.002°C）,直至連續(xù)10次水溫有規(guī)律微小變化。設(shè)置蜂鳴15秒一次，按下“點(diǎn)火”按鈕，“點(diǎn)火燈”熄滅。杯內(nèi)樣品一經(jīng)燃燒，水溫很快上升，點(diǎn)火成功（若水溫沒有上升，說明點(diǎn)火失敗，應(yīng)關(guān)閉電源，取出氧彈，放出氧氣，仔細(xì)檢查加熱絲及連接線，找出原因并排除）。每15秒記錄一次，當(dāng)溫度升至每分鐘上升小于0.002C，每隔1分鐘讀一次溫度，連續(xù)讀10個(gè)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。實(shí)驗(yàn)停止后，將傳感器放入外筒。⑹校驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)停止后，關(guān)閉電源，將傳感器放入外筒。取出氧彈，放出氧彈內(nèi)的余氣。旋下氧彈蓋，稱量燃燒后殘絲質(zhì)量以計(jì)算鐵絲實(shí)際燃燒質(zhì)量并檢查樣品燃燒情況。最后擦干氧彈和盛水桶。若樣品未完全燃燒，實(shí)驗(yàn)失敗，須重做。2.量熱計(jì)的水當(dāng)量C的測(cè)定總以苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)代替樣品萘，按測(cè)定萘燃燒熱的相同方法測(cè)定苯甲酸燃燒前后的溫度變化值，用式2-2計(jì)算量熱計(jì)的水當(dāng)量C。總二）、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1.樣品壓片不可太緊，否則，燃燒不充分。2.裝氧彈時(shí)，燃燒絲不能與坩堝壁有接觸。點(diǎn)火前和達(dá)到最高溫度點(diǎn)后要保證足夠的測(cè)溫時(shí)間，取足測(cè)量數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)停止后，一定要稱取未燃燒完的殘余點(diǎn)火絲的質(zhì)量。五、原始數(shù)據(jù)苯甲酸奈m（鐵絲）0.0127g0.0128gm（剩余鐵絲）0.0022g0.0091gm（消耗鐵絲）0.0105g0.0037gm（樣品）0.6000g0.5800gm（樣品）壓片后O.6O33g0.5756g苯甲酸：點(diǎn)火前每分鐘計(jì)數(shù)一次（單位：°C）0.0470.0750.0910.1010.1110.1200.1310.1370.144點(diǎn)火后每15s計(jì)數(shù)一次（單位：C）0.1460.1570.2060.3290.4560.5810.6800.7630.8300.8890.9370.9791.0121.0441.0711.0921.1121.1301.1461.1571.1691.1791.1891.1961.2031.2091.2131.2191.2221.2271.2311.2341.2371.2391.2411.2441.2461.2471.2491.2501.2521.2531.2541.2551.2561.2561.2561.2571.2591.2591.2611.2601.2611.2631.2631.2621.2621.2641.2661.266當(dāng)溫度升至每分鐘上升小于0.002C，每隔1分鐘讀一次溫度，計(jì)數(shù)10次（單位：C）1.2671.2671.2681.2691.2691.2701.2711.2711.2711.271萘：點(diǎn)火前每分鐘計(jì)數(shù)一次（單位：C）0.0310.0540.0690.0840.0950.1040.1130.1200.1250.131點(diǎn)火后每15s計(jì)數(shù)一次（單位：°C）0.1340.1470.2060.3570.5050.6740.8200.9571.0711.1701.2471.3161.3721.4161.4531.4881.5171.5421.5611.5821.5971.6101.6221.6321.6401.6491.6561.6631.6681.6731.6771.6801.6831.6861.6891.6911.6941.6961.6971.7001.7001.7021.7041.7041.7051.7061.7061.7071.7081.7081.7091.7091.7121.7121.7131.7141.7141.7151.7151.716當(dāng)溫度升至每分鐘上升小于0.002C，每隔1分鐘讀一次溫度，計(jì)數(shù)10次（單位：C）1.7161.7171.7171.7181.7191.7191.7201.7211.7211.721六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理1.用雷諾圖解法求出苯甲酸和萘燃燒前后的溫度差但 和但。本甲酸 萘苯甲酸的雷諾圖DOO0.20015202514000.400-萘的雷諾圖o.eoo-12000DOO0.20015202514000.400-萘的雷諾圖o.eoo-12000QQO800.60014Q00600-0.400-T/iriin2.mr,1.000-O.SOO800.60014Q00600-0.400-T/iriin2.mr,1.000-O.SOO-0.2001.20D00002.計(jì)算量熱計(jì)的水當(dāng)量C,已知苯甲酸的燒燃焓為-26460J.g-1。總求出萘的燃燒熱Q和AH。Vcm解：由WQ+WQ/M=KT；其中K為CW+C絲絲樣品V 水水總代入苯甲酸數(shù)據(jù)有(0.0127—0.0022)x3136.2+(0.6033—0.0127)x26460/122=Kx(1.271-0.047)K=131.55利用已求出的K,計(jì)算萘的萘的燃燒熱Q和AHVcm代入萘的數(shù)據(jù)有(0.0128-0.0091)x3136.2+(0.5756-0.0128)Q/128.12=131.55x(1.721—0.031)v則Q=47968.86J?g-1v由Q=Q+RTAn(g)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)萘的AH，恒壓燃燒熱Q=pVcmPAHQ=Q+RTAn(g)=(-47968.68-2X8.314X300.15X10-3二-pV47973.67J?g-1七、思考題1.在使用氧氣鋼瓶及氧氣減壓閥時(shí)，應(yīng)注意哪些規(guī)則？答：(1)氧氣減壓閥應(yīng)嚴(yán)禁接觸油脂，以免發(fā)生火警事故。(2)停止工作時(shí)，應(yīng)將減壓閥中余氣放凈，然后擰松調(diào)節(jié)螺桿以免彈性元件長(zhǎng)久受壓變形。(3)減壓閥應(yīng)避免撞擊振動(dòng)，不可與腐蝕性