物理化学实验指导(环境工程)

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1、3．1燃烧热的测定3．2．1实验目的1．测定蔗糖的燃烧热，了解氧弹量热计各主要部件的作用，掌握燃烧热的测定技术。2．了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别及相互关系。3．学会应用雷诺图解法校正温度改变值。3．2．2实验原理燃烧热是指在不做非体积功的情况下，1摩尔物质完全燃烧时所放出的热量。在不做非体积功时，恒容条件下测得的燃烧热称为恒容燃烧热（Qv,m），恒容燃烧热等于这个过程的内能的改变，即ΔU=Qv,m。在不做非体积功时，恒压条件下测得的燃烧热称为恒压燃烧热（Qp,m），恒压燃烧热等于这个过程的热焓的改变，即ΔΗ=Qp,m。若把参加反应的气体和反应生成的气体作为理想

2、气体处理，则有下列关系式：Qp,m=Qv,m＋ΔngRT（3-2-1）式中：Δng为产物与反应物中气体物质的量之差；R为气体常数；T为反应的热力学温度。必须指出，化学反应的热效应（包括燃烧热）通常是用恒压热效应来表示的。所以如果在实验条件下测定的是恒容热效应要通过（3-2-1）式计算出恒压热效应。测量化学反应热的仪器称为量热计，量热计的种类有很多，本实验采用数显式氧弹式量热计（见4.2节）测量样品的燃烧热。由于用氧弹量热计测定物质的燃烧热是在恒容条件下进行的，所以测得的为恒容燃烧热（Qv,m）。测量的基本原理是将一定量待测物质样品在氧弹中完全燃烧，燃烧时放出的热量

3、使量热计本身及周围介质水的温度升高（适量待测物质燃烧后，会使水温升高1.5～2.0℃）。通过测定燃烧前后体系温度的变化值，就可以求算出该样品的燃烧热，其计算公式如下：·Qv,m=W′·T－m点·Q点（3-2-2）式中：m为待测物质的质量（g）；M为待测物质的相对分子质量；Qv，m为待测物质的恒容摩尔燃烧热；m点为点火丝的质量；Q点为点火丝的燃烧热，点火丝通常是直径约0.1mm左右的铜、铁、镍、镍铬丝或其它已知燃烧热的金属丝或棉线，其中铁丝为-6700J·g-1，镍铬丝为-1400J·g-1，铜丝为-2500J·g-1，棉线为-17500J·g-1，镍丝为-2435

4、J·g-1；W′为量热计的水当量，是指量热计本身及介质水每升高1℃所吸收的热量，W′要用已知恒容摩尔燃烧热的苯甲酸标准物（Qv,m，苯甲酸=－3238.6kJ·mol-1）来标定。已知量热计的水当量以后，就可以利用（3-2-2）式，通过实验测定其他物质的燃烧热。氧弹是一个特制的不锈钢容器。为了保证样品在其中完全燃烧，氧弹中应充以高压氧气（或者其他氧化剂），因此要求氧弹密封、耐高压、抗腐蚀。测定粉末样品时必须将样品压成片状，以免充气时冲散样品或者在燃烧时飞散开来，造成实验误差。本实验成功的关键首先是成功点火且样品必须完全燃烧。其次，还必须使燃烧后放出的热量尽可能全部

5、传递给量热计本身和其中盛放的水，而几乎不与周围环境发生热交换。为了做到这一点，量热计在设计制造上采取了几项措施，例如在量热计外面设置一个套壳，量热计可分为外壳恒温量热计和绝热量热计二种，本实验采用外壳恒温量热计。另外，量热计壁高度抛光，且内桶设计成梨形都是为了减少热辐射。但是，热量的散失仍然无法完全避免，这是由于反应前环境向量热计辐射进热量而使其温度升高，反应后量热计向环境辐射出热量而使量热计的温度降低。因此燃烧前后温度的变化值不能直接准确测量，而必须经过雷诺图解法进行校正。将燃烧前后每隔一段时间（1min或0.5min）观测到的水温连续记录下来，作图联成abcd

6、线（如图3-2-1（A）所示）。图中b点相当于开始燃烧之点，c点为观测到最高温度读数点，由于量热计和外界的热量交换，曲线ab及cd常常发生倾斜。作相当于室温的平行线TO，与折线abcd相交于O点，然后过O点作垂直线AB，此线与ab线和cd线的延长线交于E、F两点，则E点和F点所对应温度之差即为欲求温度的升高值ΔT。这就是绘制雷诺曲线来校正燃烧前后温度的变化值ΔT的方法。图中EE′表示从开始燃烧到温度上升至室温T这一段时间内，由环境辐射进来和搅拌引进的热量所造成量热计温度的升高，这部分是必须扣除的；而FF′表示由室温T升高到最高点c这一段时间内，量热计向环境辐射出热

7、量而造成量热计温度的降低，因此这部分是必须加入的。由此可见，EF两点的温差是较客观的表示了由于样品燃烧促使量热计温度升高的数值。图3-2-1雷诺校正曲线但是尽管如此，经过校正后的温度差仍然是近似值。而且必须注意，应用这种作图法进行校正时，量热计与环境的温度不宜相差太大（最好不超过2~3℃），否则会引进误差。所以，为了避免由于燃烧而引起量热计与环境的温差太大，一般要调节内桶的水温。考虑到适量待测物质燃烧后一般会使量热计中的水温升高1.5～2.0度，因此为做到相对准确，使内桶的的温度比外桶低0.7℃~1.0℃左右，实验结果相对较为理想。有时量热计的绝热情况良好，热量散

8、失少，而搅