试验一燃烧焓的测定Word文档格式.docx

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式中，ΔCUm为样品的摩尔燃烧内能变（J·

M为样品的摩尔质量（g·

W为样品的质量（g）;

C为仪器的热容（J·

K-1），也称能当量或水当量。

仪器热容的求法是用已知燃烧焓的物质（如本实验用苯甲酸），放在量热计中燃烧，测其始、末温度，按上式即可求出C。

在较精确的实验中，燃丝等的燃烧热校正都应予考虑。

图Ⅲ-1-1绝热式氧弹量热计

1.内筒搅拌器;

2.外筒贝克曼温度计;

3.氧弹;

4.外筒搅拌筒;

5.外筒搅拌电机;

6.外筒放水龙头;

7.外筒搅拌器;

8.外筒加热极板;

9.外壳;

10.外筒;

11.水帽;

12.内筒贝克曼温度计;

13.内筒；

A.外筒热敏电阻；

B.内筒热敏电阻。

氧弹式量热计有两类:

一类称绝热式氧弹量热计，装置中有温度控制系统，在实验过程中，环境与实验体系的温度始终相同或始终略低0.3℃，热损失可以降低到极微小程度，因而，可以直接测出初温和最高温度;

另一类为环境恒温量热计，量热计的最外层是温度恒定的水夹套，实验体系与环境之间有热交换，因此需由温度—时间曲线（即雷诺曲线）确定初温和最高温度。

下面分别叙述这二类量热计的原理和实验方法。

Ⅰ.绝热式氧弹量热计

一、结构原理

绝热式氧弹量热计的结构如图Ⅲ-1-1所示

仪器的外筒和水帽，即量热系统的环境，充满含Na2SO4的蒸馏水，中部装有冷却水管，底部装有加热极板二块和搅拌器。

内筒放在外筒内空间的有机玻璃架上（见图Ⅲ-1-1）。

内筒和外筒各自插有一支铂电阻感温元件（见图Ⅲ-1-1中A和B），和另外两只性能稳定的固定电阻构成电桥桥路，并利用电位器调节电桥平衡，当内筒和外筒温度一致时，电桥处于平衡状态，无信号输出，加热极板不加热;

当内筒温度高于外筒时，电桥不再平衡，因而有信号输出，经放大器放大后，使触发电路产生脉冲电流，可控硅导通，加热极板使之通电，使外筒温度升高;

当外筒温度高于内筒时，电桥信号受抑制，可控硅不导通，加热极板停止通电，多余的热量被冷却水带走，直至内筒和外筒温度一致。

这样由于自动控制，使外筒温度变化始终跟踪着内筒温度的变化，从而达到绝热的目的。

二、仪器药品

1.仪器

绝热式氧弹量热计1套;

氧气钢瓶1只;

氧气表1只;

压片机1套;

贝克曼温度计2只;

水银温度计（0℃～50℃，最小分度为0.1℃）1只;

万用电表1只;

台称1只;

分析天平1台;

三角烧瓶（250mL）2只;

滴定管（碱式）1只;

容量瓶（2000mL、250mL）各1只;

活搬手1只;

不锈钢镊子1只。

2.药品

苯甲酸;

萘;

燃烧丝;

棉线;

NaOH溶液（0.1000mol·

dm-3）;

酚酞。

三、实验步骤

1.仪器热容的测定

测定燃烧焓要用仪器的热容，但每套仪器的热容都不同，必须预先测定。

仪器的热容量在数值上等于量热体系温度升高1K所需的热量。

测定仪器热容的方法，是用已知燃烧焓值的苯甲酸在氧弹内燃烧，放出热量，使量热体系温度升高ΔT，则仪器的热容量C为:

仪器热容量的测定步骤如下:

图Ⅲ-1-2压片机

（1）取苯甲酸约0.8g～1g，倒在压片机外模内（见图Ⅲ-1-2），徐徐旋转压片机丝杠，使内模将样品压紧成片状。

取出苯甲酸片，用小毛刷刷去外壁粘附的样品屑，再在分析天平上准确称重后备用。

（2）截取长度为12cm的燃烧丝，用分析天平准确称重备用。

（3）拧开氧弹盖放在专用支架上，将弹内洗净，擦干，放入10mL蒸馏水。

将已准确称重的样品片放入不锈钢燃烧皿内，再将已称重的燃烧丝两端分别缠紧在弹盖的两支电极上（图Ⅲ-1-3的2和5），并使燃丝的中部抵在样品片上，但不能与燃烧皿壁接触。

用万用表检查图Ⅲ-1-3中4和5是否通路，若不通，说明燃烧丝接触不良，需检查缠紧。

图Ⅲ-1-3氧弹的构造

1.厚壁圆筒;

2、5.电极;

3.螺帽;

4.进气孔;

6.排气孔;

7.弹盖;

8.火焰遮板;

9.燃烧皿。

（4）小心地旋紧氧弹盖子。

旋紧排气孔6，将进气孔上的螺丝（接电线用）旋下，换接导气管的螺栓，导气管另一端与氧气瓶上的氧气减压阀连接（注意:

导气管为耐高压无缝钢管，不能弯折），打开氧气钢瓶上的阀门，旋转减压阀，使表上指针指到10kg·

cm-2即可，氧气即充入弹内。

关闭氧气钢瓶阀门及减压阀，拧下氧弹上的导气管螺栓，将原来的螺丝装好，再用万用表检查两电极是否为通路，若不通，则需放掉氧气，打开弹盖，重新缠紧燃烧丝;

若是通路则可作燃烧之用。

（5）将充氧之后的氧弹放入量热计内筒中的金属支架上，用容量瓶准确量取2250mL自来水（温度应与室温相同或略低于室温）倒入内筒，应将氧弹淹没。

检查氧弹是否漏气，如有气泡发生，则表示氧弹漏气，须取出氧弹，将各部分旋紧，重新放入。

（6）接上点火电极的导线（接于图Ⅲ-1-3之4和5），盖好水帽，插入已调好的贝克曼温度计（要求水银柱不超过1.5℃刻度为宜），在外筒插入另一支贝克曼温度计。

（7）按要求接好电源插头。

打开总电源（指示灯亮），打开搅拌器（不得有摩擦声，如有摩擦声须调整内筒位置），打开照明开关（放大镜照明灯亮），打开加热开关，使外筒温度自动跟踪内筒温度，同时通入冷却水，调整冷却水流量约400mL·

min-1～500mL·

min-1。

（8）实验时调整仪器的初始平衡点，调整电桥平衡旋钮，用放大镜观察内筒温度，直到2min内温度变化不超过0.002℃为止。

仪器平衡点确定后，电桥平衡旋钮在以后实验中一般不要调整。

如果发现在点火实验前，经过10min搅拌后，内筒温度在2min内变化超过0.002℃，则需微调电桥平衡旋钮；

如果内筒温度变化有上升趋势，则将电桥平衡旋钮反时针方向旋动；

如果内筒温度有下降趋势，则将电桥平衡旋钮顺时针方向转动，以提高外筒温度。

当仪器初始平衡调好后，内外筒温度一般能相差0.3℃。

（9）用放大镜观察内筒温度，每2min记录一次，直到2min内温度变化不超过0.002℃时，记录此刻内筒温度为T1，即可打开点火开关，点火指示灯亮后自灭，即表示已点火，立即关闭点火开关。

点火后1min内即可观察到内筒温度迅速上升，表明点火成功，即可记录内筒温度，直到温度达到最高点或2min内温度变化不超过0.002℃为止，此即内筒燃烧后温度T2。

如果点火后2min内筒温度变化很小，系样品未燃烧之故，说明点火失败，必须一切从头开始重做。

（10）温度记录后，即可关闭电源，加大冷却水流量，使外筒温度降至起始温度。

从内筒取出氧弹，缓缓放尽余气，取下弹盖，观察弹内，如果有黑色残物或未燃尽的试样，此次实验即失败。

如果没有这种情况，则实验成功，用蒸馏水洗涤氧弹内壁三次，将洗涤液收集在250mL锥形瓶内，煮沸片刻，冷却后用标准NaOH溶液滴定之。

称量剩余的燃烧丝的重量，将氧弹洗净，擦干备用。

将内筒自来水倒掉，擦干备用。

2.萘燃烧内能变的测定

以同样方法步骤，测定样品萘（约称取萘0.6g～0.8g）的燃烧内能变。

四、注意事项

1.使用氧气钢瓶，一定要按照要求操作，注意安全。

往氧弹内充入氧气时，一定不能超过指定的压力，以免发生危险。

2.燃烧丝与两电极及样品片一定要接触良好，而且不能有短路。

3.测定仪器热容与测定样品的条件应该一致。

五、数据处理

1.仪器热容的计算

式中，C:

仪器的热容（J·

K-1）;

（ΔCUm）苯甲酸:

苯甲酸的摩尔燃烧内能变（J·

W苯甲酸:

苯甲酸的质量（g）;

M苯甲酸：

苯甲酸摩尔质量（g·

（ΔCUm）燃丝：

引火燃烧丝的燃烧内能变（铁丝为-3138J·

g-1，镍铬丝则为-1400.8J·

g-1）；

W燃丝：

燃烧丝在燃烧前后两次称重之差（g）;

VNaOH：

滴定洗弹液所消耗0.1000mol·

dm-3NaOH溶液的体积（mL）;

5.98:

中和1mL0.1000mol·

dm-3NaOH溶液相当于硝酸生成热和溶解热（J）;

T1:

内筒燃烧前平衡温度（Ｋ）;

T2：

内筒燃烧后平衡温度（Ｋ）;

（ΔCUm）棉:

棉线的燃烧内能变（-17479J·

g-1）;

W棉:

棉线质量（g）。

2.待测物萘燃烧焓的计算:

再由实验原理中

（1）式计算萘的摩尔燃烧焓ΔCHm。

Ⅱ.环境恒温量热计

Ⅱ.环境恒温量热计

环境恒温量热计的结构如图Ⅲ-1-4所示。

图Ⅲ-1-4环境式氧弹量热计

1.氧弹;

2.铜水桶;

3.搅拌器;

4.胶木盖;

5.贝克曼温度计;

6.放大镜;

7.振动器;

8.电动机;

9.空气隔热层;

10.水夹套;

11.水夹套温度计。

由图可知，这种量热计与绝热式氧弹量热计的主要差别是外筒温度与内筒温度在实验过程中不能保持一致，实验体系与环境之间可以发生热交换，因此需由温度—时间曲线（雷诺曲线）确定初温和终态温度，进而求出燃烧前后体系温度的变化ΔT。

由雷诺曲线求得ΔT的方法如图Ⅲ-1-5和Ⅲ-1-6所示。

详细步骤如下:

称适量待测物质，使燃烧后水温升高1.5℃～2.0℃。

预先调节水温低于室温0.5℃～1.0℃。

然后将燃烧前后历次观察的水温对时间作图，联成FHIDG折线（图Ⅲ-1-5），图中H相当于开始燃烧之点，D为观察到的最高温度读数点，作相当于室温之平行线JI交折线于I过I点作ab垂线，然后将FH线和GD线外延交ab线A、C两点，A点与C点所表示的温度差即为欲求温度的升高ΔT，图中AA′为开始燃烧到温度上升至室温这一段时间Δt1内，由环境辐射进来和搅拌引进的能量而造成体系温度的升高必须扣除，CC′为温度由室温升高到最高点D这一段时间Δt2内，体系向环境辐射出能量而造成体系温度的降低，因此需要添加上。

由此可见AC两点的温差是较客观地表示了由于样品燃烧促使量热计温度升高的数值。

图Ⅲ-1-5绝热较差时的雷诺校正图图III-1-6绝热良好时的雷诺校正图

有时量热计的绝热情况良好，热漏小，而搅拌器功率大，不断稍微引进能量使得燃烧后的最高点不出现（图Ⅲ-1-6）。

这种情况下ΔT仍然可以按照同样方法校正。

三、测定方法

（一）贝克曼温度计测量法

1.实验步骤

（1）仪器热容的测定

①苯甲酸样品的称重、压片、放置及氧弹内氧气的充入见绝热式氧弹量热计实验步骤中

（1）～（4）。

②将充氧之后的氧弹放入量热计内筒中，用容量瓶准确量取较环境温度低0.5℃～1.0℃的自来水2300mL～3000mL，顺筒壁小心倒入内筒，水的量以内筒大小而定，应控制在将氧弹淹没，但不超过其顶部。

然后检查氧弹是否漏气，如有气泡发生，则表示氧弹漏气，须将氧弹取出，将各部分旋紧，重新放入。

③接上点火电极的导线，将已调好的贝克曼温度计放入内筒，盖好盖板，开动搅拌马达（不得有摩擦声，否则需调整内筒位置）。

④搅拌几分钟，使水温稳定上升（每分钟温度变化小于0.002℃），然后开秒表，作为实验开始时间，每1min读取贝克曼温度计一次，这样继续10min。

自开秒表到点火，称为前期，相当于图Ⅲ-1-5中的FH。

按下点火器开关，通电点火，若点火指示灯熄灭，则表示氧弹内已着火燃烧，立即关闭点火开关，此时体系温度迅速上升，进入反应期，相当于图中的HD（见图Ⅲ-1-5）。

在反应期，温度变化十分迅速，因此从点火开始，每15s记录一次温度。

如果点火后2min内温度变化很小，说明样品未燃烧，点火失败，必须一切从头开始。

当温度升到最高点以后，温度变化缓慢，进入了末期，相当于图Ⅲ-1--5中的DG，读数仍改为1min一次，共继续10min，方才可以停止实验。

⑤　关闭电源，小心取出贝克曼温度计，然后取出氧弹，旋开放气阀门，泄去废气，打开弹盖，观察弹内，如果有黑色残物或未燃尽的试样，说明燃烧不完全，实验失败。

如果没有这种情况，则实验成功。

用蒸馏水洗涤氧弹内壁三次，将洗涤液收集在250mL锥形瓶内，煮沸片刻，冷却后，用0.100mol·

dm-3NaOH溶液滴定。

（2）萘燃烧内能变的测定

称取0.6g～0.8g萘，用上述方法进行测定。

2.注意事项

略。

见前面绝热式氧弹量热计中的实验注意事项。

3.数据处理

（1）将每次实验结果分别列表:

样品重——g;

燃烧丝重——g;

剩余燃烧丝重——g;

室温时的贝克曼温度计读数——℃；

VNaOH——mL

前期

反应期

后期

时间

温度

（2）利用表中的时间—温度关系，作雷诺校正曲线，并求出ΔT。

（3）利用公式

和实验原理中

（1）式分别计算量热计的热容和萘的燃烧焓ΔCHm（见绝热式氧弹量热计的数据处理）。

（4）将实验结果与文献值进行比较。

对本实验进行误差分析，计算最大相对误差，并指出哪一个测量值的误差对实验的结果影响最大。

（二）热敏电阻温度计测量法

1.热敏电阻测温原理

热敏电阻测温原理线路图Ⅲ-1-7，当电桥平衡时，

。

若R1=R2则热敏电阻RT=R。

设微小温度ΔT引起热敏电阻阻值变化ΔR，此时RT=R+ΔR，电桥不平衡电势U为:

也就是说，当电阻阻值变化不大时，U与ΔR成正比。

热敏电阻阻值与温度的关系可近似用经验公式表示:

当温度变化不大时，可认为热敏电阻阻值变化与温度成正比，即

ΔR=K1ΔT

（2）

由

（1）和

（2）式可知:

当温度变化不大时，电桥不平衡电势U与温度变化成正比，即:

U∝ΔT（3）

当用电子自动平衡记录仪测量电桥不平衡电势时，U与记录仪曲线峰高Δh成正比，即:

U=K2Δh（4）

由（3）和（4）式可知，

ΔT=αΔh（5）

（2）、（4）、（5）式中，K1、K2、α皆为比例常数，其中

用氧弹式量热计测定燃烧焓时，设系统（包括氧弹、测温器件、搅拌器、水和内水桶）

的热容为C，当样品连同燃烧丝及棉线一起燃烧时，其总的燃烧内能变为:

（6）

而

上两式中，（ΔCUm）样品、（ΔCUm）燃丝、（ΔCUm）棉线分别为样品、燃烧丝、棉线的燃烧内能变（J·

W样品、W棉线分别为样品和棉线的质量（g）;

W燃丝为燃烧掉的燃烧丝质量（g）;

C为仪器热容（J·

K-1）；

Δh为记录仪曲线峰高（cm）;

K为仪器常数（J·

cm-1）。

图Ⅲ-1-7 

热敏电阻测温原理图

2.实验步骤

（1）仪器常数K的测定

①取10cm燃烧丝和20cm棉线，分别在分析天平上称量。

②在台称上粗称0.8g～0.9g苯甲酸，倒入压片机内压成片状。

取出样片，轻轻擦去附着的粉末，用棉线将燃烧丝和样片栓紧，在分析天平上称量。

③将样片上的燃烧丝穿过氧弹两根电极上的小孔并栓紧，在氧弹中加入10mL蒸馏水，

装好氧弹，旋紧盖子。

按下量热计电源开关，用导通装置，检查两电极是否通路。

④在教师指导下，向氧弹内充入10MPa（≈10kg·

cm-2）压力的氧气。

旋紧针形阀，装上顶帽，再次检查是否导通。

⑤在量热计内桶中加入2000mL自来水（预先储存在水桶中），将氧弹放入内水桶中支架上，观察是否漏气，小心盖好量热计盖子，按下导通开关，检查氧弹是否导通。

按下搅拌开关。

⑥按图Ⅲ-1-8接好测温线路，将电桥的R1旋钮置于104，R2置于102档，打开精密稳压电源开关，输出电压选择2V。

⑦开启记录仪电源开关和记录笔开关，量程选择先置于2V档，用记录仪量程微调将记录笔调在左边10格处，电桥R旋钮先置于20Ω，按下电桥电源开关并锁住，再按“粗”开关并锁住，由小到大改变R值使记录笔位于10格处，然后依次按2V→50mV调节量程旋钮，并由小到大改变R值，使记录笔最终位于左边10格处。

⑧落下记录笔，走纸速度选择8mm·

min-1，走基线。

⑨当基线走直后，按下点火开关，若记录笔在30s内开始移动，表示点火燃烧成功，关掉点火开关。

待升温结束，记录笔走出直线后，停止记录仪走纸，抬起记录笔，松开电桥“粗”开关。

⑩关掉量热计电源开关，取出氧弹，卸去顶帽，逆时针旋松针形阀，放出废气，旋开弹盖检查样品是否完全燃烧，若完全燃烧，将剩余燃烧丝取下称量。

图Ⅲ-1-8 

QJ19型直流电桥

（2）未知样品测定

在台称上粗称0.6g～0.7g萘压片后，重复测定标准样品的操作，测定萘的摩尔燃烧内能变ΔCUm。

实验结束，拆去线路，洗净氧弹及内水桶，剪下记录纸。

3.注意事项

（1）称取样品不可过量，否则记录信号超出量程;

样品燃烧不完全。

（2）氧弹充气后，应检查确信不漏气，两电极通路。

（3）氧弹放入量热计前，先检查点火开关是否处于“关”的位置，点火结束，应及时将其关掉。

（4）测标准样品苯甲酸和未知样品（萘）时，电桥R旋钮应置于同一阻值（请考虑为什么?

）。

（5）氧弹充气一定要在教师指导下进行。

（6）当燃烧完毕，准备打开量热计盖子取出氧弹之前，一定松开电桥“粗”开关。

4.数据处理

（1）将实验数据列表

样品

名称

燃烧

丝重

（g）

棉线重

样品重

剩余燃烧丝重（g）

电桥档

阻值

（Ω）

记录曲线峰高

（cm）

仪器常数K

（J·

cm-1）

（2）由温度信号（峰值h）～时间（t）图中求曲线峰高Δh。

（3）根据公式（6）及附录数据表中苯甲酸的摩尔燃烧焓ΔCHm求算摩尔燃烧内能变ΔCUm，然后计算仪器常数K（燃烧丝恒容燃烧热为-1400.8J·

g-1，棉线为-17479J·

g-1）。

（4）根据公式（6）求萘的摩尔燃烧内能变ΔCUm和摩尔燃烧焓ΔCHm。

二、仪器与药品

除使用环境恒温量热计外，其余仪器和药品与前面绝热式氧弹量热计中的仪器与药品相同。

【思考问题】

1.使用氧气钢瓶和减压阀时应注意的事项？

2.欲测定液体样品的燃烧焓，你能想出测定方法吗？