实验一燃烧热的测定(4学时)
一、实验目的
1. 学会智能型燃烧热量热计(SHR-15型)的使用。
2. 测定萘的燃烧热,掌握燃烧热的测定技术和仪器的标定。
3. 了解恒容燃烧热和恒压燃烧热的区别和联系。
4. 学会应用电脑软件处理图解法校正温度的改变值。
二、实验原理
燃烧热是指1摩尔物质完全燃烧时的热效应。由热力学第一定律可知,燃烧时系统的状态发生变化,系统内能往往改变。在恒容条件下测得的燃烧热称为恒容燃烧热(QV),恒容燃烧热等于系统内能的变化。
△U=Qv (2-1)
在恒压条件下测得的燃烧热称为恒压燃烧热(QP),恒压燃烧热等于系统的焓变。
△Qp= △H = △U+p△V (2-2)
若以摩尔为单位,把参加反应的气体和反应生成的气体作为理想气体处理,则有下列关系式:
Qp=Qv+△nRT (2-3)
这样由反应前后气态物质的量的变化,就可以算出恒压燃烧热。
本实验采用智能型燃烧热量热计测量萘的燃烧热。测量的基本原理是将一定量的待测物质放在氧弹中充分燃烧,燃烧释放出的热量使其卡计本身及氧弹周围介质(包括氧弹、水、桶、搅拌器等等)的温度升高。所以测定燃烧前后量热计温度的变化值,就可以算得该样品的燃烧热,关系式如下:
(m/M)×Qv=Wr△T-Qd×md (2-4)
式中m为待测物质的质量(g),M为待测物质的摩尔质量,Qv为待测物质的摩尔燃烧热,Qd为点火丝的燃烧热(kJ/g),md为点火丝的质量(g),△T为样品燃烧前后量热计温度的变化值,W r为量热计的水当量,它表示量热计(包括介质)每升高一度所需要吸收的热量,量热计的水当量可以通过已知燃烧热的标准物(如苯甲酸,它的恒容燃烧热为
kJ/g) 来标定。已知量热计的水当量后,就可以利用(2-4)式通过实验测定其它物质的燃烧热。
氧弹是一个特制的不锈钢容器。为了保证样品迅速完全燃烧,~ MPa的高压氧气。为防止充氧时将样品吹散必须在实验前对样品压片。充氧后的氧弹放在装有一定量的水(3000 mL)的桶中,水桶外是空气隔热层,再外边是温度恒定的水夹套。
本实验的氧弹式量热计虽然采取了一些绝热措施,但它仍不是严格的绝热系统,加之带进的搅拌热、放热传热速度的限制等等,因此需用雷诺图法对温度进行校正,方法如下:
当适量燃烧物质燃烧后,~。将燃烧前后水温随时间的变化记录下来,并作图,联成abcd曲线(如图2-1所示)。图中b点是开始燃烧之点,c点为观测到的温度转折点,由于不能完全避免系统与外界的热量交换,曲线ab和cd发生倾斜,因此在曲线上取一点o,使T0 =(Tb + Tc)/2,过O点作垂直于横轴的垂线,此线与ab和cd的延长线分别交于E和F点,则F和E对应的温度差即为校正好的温度升高值△T。
必须注意,运用作图法进行校正时,量热计和环境温差不宜过大(最好不要超过1摄氏度),否则引起误差较大。
图2-1 雷诺温度校正图
三、仪器和试剂
智能型燃烧热量热计 1套; 压片机 1台(公用);SWC-ⅡD精密数字温度温差仪 1台; 苯甲酸(.);萘(.) ;氧气钢瓶及氧气减压阀 1台; 点火丝(镍铬合金)
;万用电表 1只(公用);直尺 1把
四、实
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