燃燒熱的測(cè)定-化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院——西北大學(xué)

1、燃燒熱的測(cè)定,基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)Ⅲ （物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)）,燃燒熱、恒壓燃燒熱、恒容燃燒熱。,知識(shí)點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練要點(diǎn),知識(shí)點(diǎn)：,氧彈量熱計(jì)的使用、雷諾圖解法（均為首次訓(xùn)練）,實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練要點(diǎn)：,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二、實(shí)驗(yàn)原理,三、實(shí)驗(yàn)步驟,四、注意事項(xiàng),五、實(shí)驗(yàn)總結(jié),六、實(shí)驗(yàn)延伸,七、思考題,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 用氧彈量熱計(jì)測(cè)定萘的燃燒熱。2. 明確燃燒熱的定義，了解恒壓燃燒熱和恒 容燃燒熱的差別。3. 了解量熱計(jì)中主要部分的作用，掌握氧彈量熱

2、計(jì)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。4. 學(xué)會(huì)雷諾圖解法校正溫度改變值。,二、實(shí)驗(yàn)原理,1. 燃燒熱,1mol 物質(zhì)完全氧化時(shí)的反應(yīng)熱稱為燃燒熱。,在恒壓條件下測(cè)定的燃燒熱稱為恒壓燃燒熱Qp(= ?H )；在恒容條件下測(cè)定的燃燒熱稱為恒容燃燒熱QV(= ?U )。,?H=?U+?(pV),Qp=QV+?nRT,?n為反應(yīng)前后生成物和反應(yīng)物中氣體的物質(zhì)的量之差。,若把參加反應(yīng)的氣體和反應(yīng)生成的氣體作為理想氣體處理，則有下列關(guān)系式：,,,,,,2. 測(cè)量,氧彈

3、量熱計(jì)是一種環(huán)境恒溫式的量熱計(jì) 。,氧彈量熱計(jì)的基本原理是能量守恒定律。樣品完全燃燒所釋放的能量使得氧彈本身及其周圍的介質(zhì)（本實(shí)驗(yàn)中為水）以及和量熱計(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，就可求算該樣品的恒容燃燒熱QV。 QV =(CW+W’)ΔT,W’稱為量熱計(jì)的水當(dāng)量，即除水之外，量熱計(jì)升高1℃所需的熱量；?T為樣品燃燒前后水溫的變化值。,,,,qV單位：kJ / g,

4、 QV,m= qv·Mr,苯甲酸的燃燒熱為-26.460 kJ·g-1；燃燒鐵絲的燃燒熱值為-6.695 kJ·g-1。,量熱計(jì)和周圍環(huán)境之間的熱交換是無法完全避免的，它對(duì)溫差測(cè)量值的影響可用雷諾溫度校正圖校正。,3. 雷諾溫度校正圖,,,,,4. 儀器和試劑,XRY-1A數(shù)顯氧彈式熱量計(jì)（上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司） 1套VCY-4 充氧器 1臺(tái) 壓片機(jī)

5、 1臺(tái)直尺 1把 剪刀 1把氧氣鋼瓶 1只 引燃專用鐵絲1000 mL容量 1個(gè) 2000 mL容量瓶 1個(gè)苯甲酸(分析純)

6、 萘(分析純),三、實(shí)驗(yàn)步驟,1.苯甲酸燃燒熱的測(cè)定,(1)樣品制作：稱重和壓片,(2)裝置氧彈,(3)充氣,(4)燃燒,2. 萘的燃燒熱測(cè)定,(5) 測(cè)量溫度,三、實(shí)驗(yàn)步驟,1.苯甲酸燃燒熱的測(cè)定,(1) 樣品制作 ：稱重和壓片,壓片機(jī),用臺(tái)秤稱取大約1 g苯甲酸（切勿超過1.0 g）,在壓片機(jī)上壓成圓片，防止充氣時(shí)沖散樣品，使燃燒不完全，造成實(shí)驗(yàn)誤差,將壓好片的樣品在干凈的玻璃上輕擊二、三次，再用分析

7、天平精確稱量。,,,壓片機(jī),注意樣品不要壓得太緊或太松, 樣片壓得太緊，點(diǎn)火時(shí)不易全部燃燒；壓得太松，樣品容易脫落。,(2) 裝置氧彈,氧彈熱量計(jì)安裝示意圖,擰開氧彈蓋,小心將壓好的樣片放在燃燒杯內(nèi)（樣品最好接觸燃燒杯底部）,將點(diǎn)火絲的兩端分別緊繞在電極的下端(兩電極與燃燒杯不能相碰或短路，即點(diǎn)火絲不應(yīng)與燃燒杯相接觸),用萬用表檢查兩電極是否通路。若通路，則旋緊氧彈出氣口后即可以充氧氣。,,,,氧彈蓋,氧彈體,氧彈架,圖Ⅱ-3-1 氧

8、彈熱量計(jì)安裝示意圖,（3）充氣,將氧彈進(jìn)氣管口的螺栓卸下,將高壓鋼瓶導(dǎo)氣管與進(jìn)氣孔相連,打開鋼瓶總開關(guān),順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)低壓表壓力調(diào)節(jié)螺桿，使低壓表顯示值為0.5 MPa,,,,關(guān)閉氧彈出口。順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)低壓表壓力調(diào)節(jié)螺桿使氧彈中充大約1.2 MPa的氧氣,開啟氧彈出口大約1 min（有嘶嘶的響聲），借以趕出彈中空氣（此時(shí)仍進(jìn)氣）,逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)減壓閥手柄至放松位置，旋下導(dǎo)氣管，將氧彈的進(jìn)氣螺栓旋上,再次用萬用表檢查氧彈中兩電極間的電阻,,,

9、,氧氣鋼瓶,高壓表,低壓表,總閥門,低壓表調(diào)節(jié)螺桿,1) 準(zhǔn)確量取已調(diào)節(jié)到低于室溫1.0 ℃的自來水3 L，倒入盛水桶內(nèi)中。氧彈放入桶中央，插好電極，蓋上蓋子，注意把測(cè)溫探頭插入對(duì)準(zhǔn)水桶的孔中。,(4) 燃燒,測(cè)溫探頭,打開電源，在控制面板上按下攪拌按鈕，恒溫?cái)嚢?。待溫度穩(wěn)定上升后按下復(fù)位按鈕，并開始計(jì)數(shù)，每隔30 s記錄一次溫度。,記錄12次后，按下點(diǎn)火按鈕，繼續(xù)每隔30 s記錄溫度數(shù)據(jù)。大概30 s后，顯示溫度（溫差）開始迅速

10、上升，表明樣品點(diǎn)火成功。,如果點(diǎn)火1 min～2 min后，顯示溫度仍未有顯著變化，表明點(diǎn)火失敗，需重新開始實(shí)驗(yàn),等顯示溫度達(dá)到最大值后，再測(cè)幾組數(shù)據(jù)，即可結(jié)束本次測(cè)定過程。一般點(diǎn)火后需要記錄28～30次,實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉攪拌器，取出溫度探頭，拔下電極，再取出氧彈，用放氣閥放放掉余氣。旋開氧彈蓋，檢查樣品燃燒是否完全。氧彈中應(yīng)沒有明顯的燃燒殘?jiān)駝t應(yīng)重做實(shí)驗(yàn)。,(5) 測(cè)量溫度：,測(cè)量燃燒后剩下的鐵絲長(zhǎng)度，計(jì)算鐵絲的實(shí)際燃燒長(zhǎng)度。最后

11、擦干氧彈和盛水桶。,氧彈熱量計(jì)安裝示意圖,四、注意事項(xiàng),1. 苯甲酸必須經(jīng)過干燥，受潮樣品不易點(diǎn)燃且稱量有誤。壓片時(shí)，不能太實(shí)（緊），否則不易點(diǎn)燃；也不宜太松，否則樣品脫落，秤量不準(zhǔn)。,2. 氧氣遇油脂會(huì)爆炸。因此氧氣減壓閥、氧彈以及氧氣通過的各部件、各連接部分不允許有油污，更不許使用潤(rùn)滑油。,3. 電極切勿與燃燒皿接觸，燃燒絲與燃燒皿亦不能相碰，以免引起短路,4. 氧彈放入內(nèi)桶中后如有氣泡，說明氧彈漏氣，應(yīng)設(shè)法排除故障。,5. 進(jìn)行萘

12、的燃燒熱測(cè)量時(shí)需要重新調(diào)節(jié)水溫和量取水的體積。,五、實(shí)驗(yàn)總結(jié),（一）數(shù)據(jù)處理,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。,苯甲酸的恒壓燃燒熱為－ 26.460 kJ·g-1 ；引燃鐵絲的燃燒熱值為－ 6.695 kJ·g-1 。,作苯甲酸和萘燃燒的雷諾溫度校正圖，由ΔT計(jì)算熱量計(jì)的水當(dāng)量和萘的恒容燃燒熱QV，并計(jì)算其恒壓燃燒熱Qp。,(1) 在精確測(cè)量中燃燒絲的燃燒熱以及氧氣中其他雜質(zhì)氧化所產(chǎn)生的

13、熱效應(yīng)都應(yīng)從總熱量中扣除。,（二）討論,（2）燃燒絲的燃燒熱扣除方法：可將燃燒絲在實(shí)驗(yàn)前稱重，燃燒后用稀鹽酸浸洗，蒸餾水洗凈，吹干，稱重，求出燃燒過程中失重的量（燃燒絲的熱值為6695 J.g-1）。,（3）其他雜質(zhì)氧化所產(chǎn)生的熱效應(yīng)扣除方法：可用0.1 mol·L-1 NaOH溶液滴定洗劑氧彈內(nèi)壁的蒸餾水（在燃燒前可先在氧彈中加入0.5 mL的水），1mL 0.1 mol·L-1 NaOH溶液相當(dāng)于5.983 J。

14、,在實(shí)際測(cè)量中，由于熱量計(jì)和周圍環(huán)境之間的熱交換無法避免，它對(duì)溫差測(cè)量值的影響可用雷諾(Renolds)溫度校正圖校正。,圖Ⅱ-3-2 雷諾溫度校正圖,(2) 用雷諾圖確定實(shí)驗(yàn)中的?T??,(1) 稱取適量待測(cè)物質(zhì)，估計(jì)其燃燒后可使水溫上升1.5～2.0℃。因此，預(yù)先調(diào)節(jié)水溫低于室溫1.0℃左右。將燃燒前后觀察所得的一系列水溫和時(shí)間關(guān)系作圖。得一曲線如圖Ⅱ-3-2。,具體校正過程1,圖Ⅱ-3-2 雷諾溫度校正圖,(2) 圖中b點(diǎn)意味著燃

15、燒開始，熱傳入介質(zhì)；c點(diǎn)為觀察到的最高溫度。從相當(dāng)于室溫的T作水平線TO，交燃燒過程曲線與O。過O作t軸的垂線AB。延長(zhǎng)cd并交 AB 線于F；延長(zhǎng)ab交AB 線于E點(diǎn)，EF間的溫度差值即為經(jīng)過校正的ΔT。,具體校正過程2,圖Ⅱ-3-2 雷諾溫度校正圖,（3）在某些情況下，熱量計(jì)的絕熱性能良好，熱漏很小，而攪拌器功率較大，不斷引進(jìn)的能量使得曲線不再出現(xiàn)最高溫度點(diǎn)，如圖Ⅱ-3-3所示。此種情況下的溫度校正方法與前述情況下的溫度校正相似。,

16、圖Ⅱ-3-3 絕熱良好情況下的雷諾溫度校正圖,具體校正過程3,六、實(shí)驗(yàn)延伸,原理：環(huán)己烷和環(huán)己烯燃燒焓的差別與環(huán)己烯上孤立雙鍵結(jié)構(gòu)有關(guān)。如果將環(huán)己烷與苯的經(jīng)典定域結(jié)構(gòu)相比較，兩者的燃燒熱的差值視乎應(yīng)為環(huán)己烷和環(huán)己烯燃燒焓的差值的3倍（|?E|=|?H環(huán)己烷|-|?H環(huán)己烯|）。但由于苯的共軛結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其能量降低，環(huán)己烷與苯燃燒熱的差值應(yīng)為3倍的環(huán)己烷和環(huán)己烯燃燒焓的差值加上苯分子的共軛能E（| ? H環(huán)己烷| - | ? H苯| = 3|

17、?E| +E）。,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，通過熱化學(xué)方法研究苯的共振能。,要求：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程，測(cè)定苯的共軛能的實(shí)驗(yàn)方法、列出使用儀器與試劑,七、思考題,1. 本實(shí)驗(yàn)中，哪些為體系？哪些為環(huán)境？實(shí)驗(yàn)過程中有無熱損耗，如何減小？2. 固體樣品為什么要壓成片狀？若不壓片，實(shí)驗(yàn)?zāi)芊襁M(jìn)行？3. 精確稱量前為什么要將樣品輕擊兩、三下，然后再稱量？4. 加入內(nèi)桶中的水為什么要選擇比室溫或恒溫水夾套的水溫低1℃？5. 試分析實(shí)驗(yàn)中哪些因素更容易造成