實驗五??燃燒熱的測定

一、實驗目的

1. 掌握氧彈量熱計的使用；用氧彈量熱計測定萘的燃燒熱；

2. 明確燃燒熱的定義，了解恒壓燃燒熱與恒容燃燒熱的差別

3. 學會雷諾圖解法校正溫度改變值

二、?實驗原理

根據(jù)熱化學的定義，1 mol物質完全氧化時的反應熱稱作燃燒熱。所謂完全氧化，對燃燒產物有明確的規(guī)定。譬如，有機化合物中的碳氧化成一氧化碳不能認為是完全氧化，只有氧化成二氧化碳才可認為是完全氧化。????燃燒熱的測定，除了有其實際應用價值外，還可以用于求算化合物的生成熱、鍵能等。????量熱法是熱力學的一個基本實驗方法。在恒容或恒壓條件下可以分別測得恒容燃燒熱和恒壓燃燒熱。由熱力學第一定律可知，等于體系內能變化；等于其焓變。若把參加反應的氣體和反應生成的氣體都作為理想氣體處理，則它們之間存在以下關系：???????????????????????（5-1）

?????????????????????（5-2）

式中，為反應前后反應物和生成物中氣體的物質的量之差，R為氣體常數(shù)，T為反應時的熱力學溫度。????熱量計的種類很多，本實驗所用氧彈熱量計是一種環(huán)境恒溫式的熱量計，如圖5.1。

????氧彈熱量計的安裝如圖5.2所示。圖5.3是氧彈剖面圖

????氧彈熱量計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和熱量計有關附件的溫度升高。測量介質在燃燒前后溫度的變化值，就可求算該樣晶的恒容燃燒熱。其關系式如下：

??????????????（5-3）

式中，W樣和M分別為樣品的質量和摩爾質量，QV為樣品的恒容燃燒熱，l和Ql是引燃用鐵絲的長度和單位長度燃燒熱，W水和C水是以水作為測量介質時，水的質量和比熱容；C計稱為熱量計的水當量，即除水之外，熱量計升高10C所需的熱量；△T為樣品燃燒前后水溫的變化值。

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圖5-1 ?氧彈分析儀

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圖5-2 ?氧彈熱量計安裝示意圖

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???????????????????????????????圖5-3 氧彈剖面圖

為了保證樣品安全燃燒，氧彈中須充以高壓氧氣或其它氧化劑。因此氧彈應有很好的密封性能，耐高壓且耐腐蝕。氧彈放在一個與室溫一致的恒溫套殼中。盛水桶與套殼之間有一個拋光的擋板，以減少熱輻射和空氣的對流。

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????????圖?5.4雷諾溫度校正圖????????????????????圖5.5 ?絕熱良好情況下的雷諾校正圖

實際上，熱量計與周圍環(huán)境的熱交換無法完全避免，它對溫差測量值的影響可用雷諾(Renolds)溫度校正圖校正。具體方法為：稱取適量待測物質，估計其燃燒后可使水溫上升1.5～2.00C。預先調節(jié)水溫低于室溫1.00C左右。按操作步驟進行測定，將燃燒前后觀察所得的一系列水溫和時間關系作圖。得一曲線如圖5.3。圖中H點意味著燃燒開始，熱傳入介質；D點為觀察到的最高溫度值；從相當于室溫的J點作水平線交曲線于I，過I點作垂線ab，再將FH線和GD線延長并交ab線于A、C兩點，其間的溫度差值即為經(jīng)過校正的△T。圖中AA’為開始燃燒到溫度上升至室溫這一段時問△t1內，由環(huán)境輻射和攪拌引進的能量所造成的升溫，故應予扣除。CC’為由室溫升高到最高點D這一段時間△t2內，熱量計向環(huán)境的熱漏造成的溫度降低，計算時必須考慮在內。故可認為，AC兩點的差值較客觀地表示了樣品燃燒引起的升溫數(shù)值。????在某些情況下，熱量計的絕熱性能良好，熱漏很小，而攪拌器功率較大，不斷引進的能量使得曲線不出現(xiàn)極高溫度點，如圖5.5。校正方法相同。

三、儀器與藥品

SHR-15B燃燒熱實驗裝置，YCY-4充氧器，壓片機，氧氣鋼瓶、減壓閥，燃燒絲，萘，苯甲酸，燒杯(1000mL)，塑料桶，直尺，剪刀，萬用電表，案秤(10 kg)，溫度計(0～500C)

分析純苯甲酸（QＶ?＝–26480 J·g－１）

燃燒絲（Ni－Cr絲，QＶ＝–2.9 J·cm－１)

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SHR-15B燃燒熱實驗裝置說明：

（一）面板示意圖

圖5.6 ?前面板示意圖

圖5.7 ?頂面板示意圖

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圖5.6（前面板示意圖）

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圖5.7（頂面示意圖）

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1、電源開關。

2、鎖定鍵——鎖定選擇的基溫，按下此鍵，基溫自動鎖定，此時“采零”鍵不起作用，直至重新開機。正式實驗前請務必按下鎖定鍵。

3、測量/保持鍵——測量與保持功能之間的轉換。

4、采零鍵——用于消除儀表當時的溫差值。

5、增時鍵——按下此鍵，可延長定時時間。

6、減時鍵——按下此鍵, 可縮短定時時間。

7、攪拌開關。

8、點火按鍵——按下此鍵，即可實現(xiàn)點火過程。

9、指示燈——燈亮，表明儀表處于相對應的狀態(tài)。

10、定時顯示窗口——顯示設定的間隔時間。

11、溫度顯示窗口——顯示所測物的溫度值。

12、溫差顯示窗口——顯示溫差值。

13、攪拌指示燈——燈亮，表示攪拌處在工作狀態(tài)。

14、點火指示燈——平時不亮，接上燃燒絲后，此燈亮。按動點火鍵，開始點火，點火完畢后此燈熄滅。

15、外筒加水口

16、攪拌電機

17、筒蓋提手

18、傳感器插孔

19、手動攪拌

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圖5.8 （后面板示意圖）

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圖5.8 ?后面板示意圖

1、傳感器插座——將傳感器插頭插入此插座。

2、RS232C串行口——計算機接口。

3、保險絲——2A。

4、電源線插座——接～220V電源。

四、實驗步驟

一、儀器預熱

將量熱計及全部附件加以整理并洗凈，將量熱計與～220V電源相接，開啟電源開關，進行預熱。

注：此時不要開啟攪拌開關。

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圖5.9 ?氧彈結構圖

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二、測量水當量

（1）樣品壓片

在天平上粗稱1.0g左右苯甲酸，在壓片機中壓成片狀（不能壓太緊，太緊點火后不能充分燃燒）。壓成片狀后，再在天平上準確稱重。

（2）裝樣

旋開氧彈，把氧彈的彈頭放在彈頭架上，將樣品苯甲酸放入坩堝內，把坩堝放在燃燒架上。取一根燃燒絲測量其長度，將燃燒絲中間繞成螺旋狀，然后將燃燒絲兩端固定在兩根電極上，中部貼緊樣品。（注意：燃燒絲與坩堝壁不能相碰）。在彈杯中注入10ml水，把彈頭放入彈杯中，用手擰緊。

（3）氧彈充氧

使用高壓鋼瓶必須嚴格遵守操作規(guī)則。開始先充入少量氧氣（減壓閥表指示約0.5MPa），然后將氧彈中的氧氣放掉，借以趕出氧彈中的空氣。再向氧彈中充入約2Mpa的氧氣。

（4）調節(jié)水溫

從外筒加水口,給量熱計外筒內注滿水，用手動攪拌器稍加攪動。將傳感器插入加水口，測其溫度，記錄其溫度值。再用筒取適量自來水，測其溫度，如溫度偏高或相平則加冰調節(jié)水溫使其低于外筒水溫1度左右。用容量瓶精取3000ml已調好的自來水注入內筒，再將氧彈放入，使水面剛好蓋過氧彈。如氧彈有氣泡逸出，說明氧彈漏氣，尋找原因并排除。將電極線1和電極線2分別插在氧彈兩電極插孔里，此時點火指示燈亮，蓋上蓋子（注意：攪拌器不要與彈頭相碰）。同時將傳感器插入內筒水中。?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

（5）點火

開啟攪拌開關，攪拌指示燈亮，進行攪拌。待水溫基本穩(wěn)定后，按“采零”鍵后再按“鎖定”鍵。然后將傳感器取出放入外筒水中,待溫度穩(wěn)定后，記錄其溫差值，再將傳感器插入內筒水中，待溫度穩(wěn)定后，設置蜂鳴60秒一次，每隔60秒記錄一次溫差值（精確至±0.002℃），直至連續(xù)10次水溫有規(guī)律微小變化。設置蜂鳴15秒一次，按下“點火”按鈕。此時點火指示燈滅，停頓一會點火指示燈又亮，直到燃燒絲燒斷，點火指示燈才滅。氧彈內樣品一經(jīng)燃燒，水溫很快上升，點火成功。每隔15秒，記錄一次溫差值，直至兩次讀數(shù)差值小于0.005℃，設置蜂鳴60秒一次,每隔60秒記錄一次溫差值（精確至±0.002℃），連續(xù)讀10個點，實驗結束。

若采用計算機數(shù)據(jù)實時采樣，則在上述操作同時點開燃燒熱數(shù)據(jù)采集及處理軟件界面，進行數(shù)據(jù)采集。實驗結束后保存數(shù)據(jù)并上傳至實驗中心網(wǎng)站。

注意：水溫沒有上升，說明點火失敗，應關閉電源，取出氧彈，放出氧氣，仔細檢查燃燒絲及連接線，找出原因并排除。

（6）校驗

實驗停止后，關閉電源，將傳感器放入外筒。取出氧彈，放出氧彈內的余氣。旋下氧彈蓋，測量燃燒后殘絲長度并檢查樣品燃燒情況。樣品沒完全燃燒，實驗失敗，須重做；反之，說明實驗成功。

三、測量待測物

稱取0.6克左右萘，同法進行上述實驗操作一次。

五、數(shù)據(jù)記錄與處理

1、做苯甲酸和萘燃燒過程的雷諾校正溫度圖，分別確定兩者的溫度變化值△T。

2、?計算儀器水當量和萘的恒容燃燒焓，并計算其恒壓燃燒焓。

3、?根據(jù)儀器精度，分析實驗誤差。