冶金热力学研究用装置的原理与意义

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1、冶金热力学研究用装置的原理与意义热力学与冶金工程息息相关。热力学是研究化学反应可能性的基础，热力学数据是支撑冶金热力学计算，发现新冶金反应，合成新材料的基础。组分屮的活度，活度系数，元素在渣一金中的分配系数等参数是研究冶金工程的精髓。溶解热测定装置物质溶解过程所产生的热效应称为溶解热，可分为积分溶解热和微分溶解热两种。积分溶解热是指定温定压下把lrnol物质溶解在nomol溶剂中时所产生的热效应。由于在溶解过程屮溶液浓度不断改变，因此又称为变浓溶解热，以△細H表示。微分溶解热是指在定温定压下把lmol物质溶解在无限量某一定浓度溶液屮所产生的热效应，在溶解过程屮浓度可视为不变，因此

2、又称为定浓度溶解热，以陰％，冲。表示，即定温、定压、定溶剂状态下，由微小的溶质增量所引起on的热量变化。稀释热是指溶剂添加到溶液屮，使溶液稀释过程屮的热效应，又称为冲淡热。它也有积分（变浓）稀释热和微分（定浓）稀释热两种。积分稀释热是指在定温定压下把原为含lmol溶质和noimol溶剂的溶液冲淡到含n02mol溶剂时的热效应,它为两浓度的积分溶解热之差。微分冲淡热是指将lmol溶剂加到某一浓度的无限量溶液中所产生的热效应,以（学乞）"“表8m）示，即定温、定压、定溶质状态下，由微小的溶剂增量所引起的热量变化。积分溶解热的大小与浓度有关，但不具有线性关系。通过实验测定，可绘制出一条

3、积分溶解热山与相对于lmol溶质的溶剂量n°Z间的关系曲线，如图1所示，其他三种热效应由曲线求得。如右图所示，连接电源线，打开温弟仪，记下当前室温。将杜瓦瓶置于测量装置屮，插入探头测温,打开搅拌器，注意防止搅拌子与测温探头相碰,以免影响搅拌。将加热器与恒流电源相连，打开恒流电源,调节电流使加热功率为2.5瓦，记下电压、电流值。同吋观察温差仪测温值，当超过室温约0.5°C量热器示意图1•贝克曼温度计；2•搅拌器；3•杜瓦瓶；4•加样届斗；录加热器时按下“采零”按钮和“锁定”按钮，并同时按下“计时”按钮开始计时。当室温是15.6°C,注意要放入搅拌了。当显示温度超过室温0.5°C后，

4、按下“状态转换”按钮，系统自定采零并开始计时,加热功率为2.30W左右。氧弹式量热计氧弹式量热计的基本原理燃烧热是指1mol物质完全燃烧时的热效应，是热化学中重要的基木数据。燃烧热可在恒容或恒压情况下测定。出热力学第一定律可知：在不做非膨胀功情况下,恒容反应热QV=AU,恒压反应热Qp=AHo在氧弹式量热计屮所测燃烧热为QV,而一般热化学计算用的值为Qp,这两者可通过下式进行换算：Qp=QV+AnRT在盛冇定量水的容器屮，放入内装冇一定量样品和氧气的密闭氧弹，然后使样品完全燃烧，放出的热量通过氧弹传给水及仪器，引起温度升高。氧弹量热计的基本原理是能量守恒定律，测量介质在燃烧前后温

5、度的变化值，则恒容燃烧热为:QV=（M/m）-W-（t终一t始）式中：W为样品燃烧放热使水及仪器每升高1°C所需的热量，称为水当量。水当量的求法是用已知燃烧热的物质（如本实验用苯卬酸）放在量热计屮燃烧，测定其始、终态温度。一般来说，对不同样品，只耍每次的水量相同，水当量就是定值。氧弹式量热计的主要用途和种类1、主要通途：主要用于煤炭、石油、食品、木材、炸药等物质发热量的测定。凡是牛产使用可燃物质的企业和大专院校、科研及军工等部门都需要测定可燃物的发热量，以科研实验数据说明可燃物质的主要质量标准。2、种类：热化学实验常用的量热计有两种：一种是绝热式氧弹量热仪，装置中有温度控制系统，

6、在实验过程屮，环境与实验体系的温度始终相同或始终略低0.3°C,热损失可以降低到极微小程度，可以直接测出初温和最高温度；另一种为环境恒温量热仪，量热计的最外层是温度恒定的水夹套，实验体系与环境Z间有热交换，因此需由温度——时间曲线（即雷诺曲线）校正后进行确定初温和最高温度。我们物理化学实验室所用的量热计是环境恒温式量热计。图2：氧弹式量热计氧弹由耐热、耐腐蚀的银銘或银銘钳合金钢制成，需要具备三个主要性能：a.不受燃烧过程中出现的高温和腐蚀性产物的影响而产牛热效应；b.能承受充氧压力和燃烧过程屮产生的瞬时高压；c.试验过程中能保持完全气密。弹筒容积为250〜350mL,弹盖上应装冇

7、供充氧和排气的阀门以及点火屯源的接线电极。新氧弹和新换部件（杯体、弹盖、连接环）的氧弹应经15.0MPa（150atm）的水压试验，证明无问题后方能使用。此外，应经常注意观察与氧弹强度冇关的结构，如杯体和连接环的螺纹、氧气阀和电极同弹盖的连接处等，如发现显著磨损或松动应进行修理，并经水压试验后再用。另外，还应定期对氧弹进行水压试验，每次水压试验后，氧弹的使用时间不得超过一年。内筒用紫铜、黄铜或不锈钢制成，断面可为圆形、菱形或其他适当形状。筒内装水2000〜3000mL,以能浸没氧