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1、燃烧焓的测定实验原理 实验二 燃烧焓的测定 实验二 燃烧焓的测定一、目的要求1. 学会用氧弹热量计测定萘的燃烧焓。2. 了解氧弹热量计的原理、构造及使用方法。3. 进一步明确恒容燃烧焓与恒压燃烧焓之间的区别和联系。 4. 学会雷诺图解法，校正温度改变值。二、实验原理1. 摩尔物质完全氧化时产生的焓称为燃烧焓。所谓完全氧化是指C 变为CO 2(气) ，H 变为H 2O(液) ，S 变为SO 2(气) ，N 变为N 2(气) ，金属如银等都成为游离状态。通常测定物质的燃烧焓，是用氧弹热量计，样品完全燃烧所释放的能量使得氧弹本身及其周围的介质和热量计有关的附近的温度升高，但整个量热计(连同样品、助燃
2、物、水、气、弹体、搅拌物等) 可以看作是等容绝热系统，其热力学能变 U 0。U 由4个部分组成：样品在氧弹中等容燃烧产生的U 1，引燃物质燃烧产生的U 2，微量氮气氧化形成硝酸的能变U 3(极少，可忽略) ，量热计自身的能变U 4。于是 U U 1U 2U 3U 40， 该式还可写成如下更实用的式子， 即 W 样Qv K。(1)压片：先用一张专用纸在小台秤上粗称已烘好的苯甲酸1克左右，倒入压片机的成型孔中，用压片机按压、掉头翻挤出圆片。将苯甲酸圆片在干净的玻璃板或专用纸上轻击二、三次，以脱落掉粉尘，再用分析天平精确称量至0.0001克。(2)装样、接装点火丝：拧开氧弹盖，将盖放在专用架上，装好
3、专用的石英小皿或不锈钢小皿，将垫有一小条单层脱酯棉纱的样品放入杯中。剪取一段912cm 长的引燃镍丝(点火电流大点火丝就要求长些，点火电流小点火丝就需短些) ，在直径约3mm 的玻璃棒上，将中段绕成螺旋形约5-6圈，将螺旋部分紧贴在样品的表面上，绕接固定在电极上(有的氧弹罐是用挂接柱代替电极) ，两端如图22所示。绕接时除两端接触外，其余部分不能碰不锈钢体，否则通电易短路。再用那棉纱条适当包裹一下(棉纱既可助燃也可以作为绝缘物杜绝短路) ，用万用电表检查两电极间电阻值，一般应不大于25。旋紧氧弹盖。图22氧弹构造图(3) 充氧气：先调氧气钢瓶输出阀的压力(已由老师调好) ，将充氧皿气头按进氧弹
4、罐的进气柱上，再试提一下是否紧凑，如牢固，旋开充氧旋钮充氧，在2.83.0MPa 之间停顿10秒钟即充好了氧。注意充氧时左手扶氧弹罐，右手扶充氧皿。关闭充氧旋钮，取下冲氧皿。用万用表检查氧弹上导电的两极是否通路，若不通，则需放出氧气，打开弹盖进行检查。 (4) 灌水试温、调温：往热量计水夹套中装自来水(一般里面已装有陈水) ，用容量瓶准确量取2000ml 低于外桶水温1. 01.4的水(一般取自来水，高了就加冰调，加入的冰的质量要算进2000克的水中) ，装入干净的不锈钢内桶中，然后把氧弹罐放入该内桶中央，装好搅拌马达，在两极的外接柱上插上点火导线头，方法是红柱头插在第二大的外接柱上(阳极)
5、，黑柱头插在第一大的外接柱上(即刚才冲过氧的柱头) 。认清方位盖好盖子，插好贝克曼温度计的感温探头。图23 氧弹式量热计外形示意图(5) 测量读数: 开动搅拌器，开始每隔一分钟读取一次温度，待温度变化基本稳定后，再开始测内桶初期温度十个值，每隔1分钟读一次；在第十个值读数刚刚完毕之际，立即按住点火键且另一只手迅速将电流旋钮从最小处旋至次大或最大处-时间为12秒，不要太快，然后松开手(指示灯熄灭表示着火) ，马上按下时间转换读数键，改为每半分钟读一次，测读主期温度2024个值(这20来个值读完后温度可能会掉头下降，也可能不降) ；最后再转换读数时间测末期温度，读十个值，每分钟一次。而后停止实验。
6、本步骤可使用温差读数记录软件用微机读数。停止实验的顺序是，先关搅拌，再关电源，取外层木胶盖，从内桶中将感温探头取出放入外桶，取出氧弹罐，用特用扳手旋松最小的那个柱放出气体，然后拧紧。检查样品燃烧是否完全(氧弹中应没有明显的燃烧残渣) 。若发现黑色残渣，则应重做实验。测量燃烧后剩下的镍丝长度以计算镍丝实际燃烧长度，最后擦干氧弹罐和内不锈钢水桶，当然也可用吹风机吹干氧弹罐。2测量萘的燃烧热称取约0.6g 萘，同上法进行测量。五、实验注意事项1待测样品一定要干燥。2注意压片的紧实程度，过紧不易燃烧。3一定要将点燃镍丝的中间螺旋段紧贴在样品圆片上，并用棉纱轻轻裹一下。六、数据处理1 用雷诺图解法求出苯
7、甲酸和萘燃烧前后的温度差 和 。2计算热量计的水当量C 计。已知苯甲酸的燃烧热为26460Jcm，脱酯棉纱的燃烧热Q 棉纱为16720J measure电源 power supply agitate电流 electric current次记录（听到声音，计次显示为1时记录）。记录6次。62 中期： 把时间调解为半分次记录，记录6次。关闭电源。取出传感器。打开热量计外盖，拔下电极（不要拉电线）。取出氧弹。用扳子拧开放气阀（小方柱）。放气后，拧开氧弹盖。将氧弹上盖放在支架上。取下电极上剩余镍丝，称量记录。7 测量：操作方法同上（如果第一个做苯甲酸，第二个做萘）。 五、数据处理1、绘出温度与时间曲线
8、，用作图法求真实温差。由式(4-1)算出量热计热容C if 。 2、用同样的方法求萘燃烧的真实温差，并计算萘燃烧热Q V 。 3、计算萘的恒压燃烧热Q p 。已知298.2K 时的燃烧热为Q p 5153.8kJ mol -1，计算实验的相对误差。实验二 液体饱和蒸气压的测定 目的要求1、明确饱和蒸气压的定义，了解纯液体的饱和蒸气压与温度的关系、克劳修斯-克拉贝龙(Clausius-Clapeyron)方程式的意义。2、掌握静态法测定液体饱和蒸气压的原理及操作方法。学会由图解法求其平均摩尔气化热和正常沸点。3、了解真空泵、恒温槽及气压计的使用及注意事项。 实验原理通常温度下(距离临界温度较远时
9、) ，密闭真空容器中的纯液体与其蒸气达平衡时的蒸气压称为该温度下液体的饱和蒸气压，简称为蒸气压。恒压条件下蒸发1mol 液体所吸收的热量称为该温度下液体的摩尔气化热。液体的蒸气压随温度而变化，温度升高时，蒸气压增大；温度降低时，蒸气压降低，这主要与分子的动能有关。当蒸气压等于外界压力时，液体便沸腾，此时的温度称为沸点，外压不同时，液体沸点将相应改变，当外压为101.325kPa 时，液体的沸点称为该液体的正常沸点。液体的饱和蒸气压与温度的关系用克劳修斯-克拉贝龙方程式表示： (1)式中，R 为摩尔气体常数；T 为热力学温度；vap H m 为在温度T 时纯液体的摩尔气化热。假定vap H m
10、与温度无关，或因温度范围较小，vap H m 可以近似作为常数，积分上式，得： (2)其中C 为积分常数。由此式可以看出，以lnp 对1 10 15 20 27 33 38压力计读数kPa 5.86 7.94 10.24 12.76 16.02 20.47Ln p 1.76 2.07 2.32 2.55 2.77 3.021（10-3K) 3.53 3.47 3.41 3.33 3.27 3.212以ln p 对1min内，此时待测液体的蒸气压(即B 管上空的压力) 随温度下降而逐渐降低，待降至与C 管的压力相等时，则B 、C 两管液面应平齐，立即记下此瞬间的温度（精确至1/100）和压力计之
11、压力，同时读取辅助温度计的温度值和露茎温度，以备对温度计进行校正。读数后立即旋转三通活塞抽气，使系统再降压10kPa 并继续降温，待B 、C 两管液面再次平齐时，记下此瞬间的温度和压力。如此重复10次(注意：实验中每次递减的压力要逐渐减小，为什么？) ，分别记录一系列的B 、C 管液面平齐时对应的温度和压力。在降温法测定中，当B 、C 两管中的液面平齐时，读数要迅速，读毕应立即抽气减压，防止空气倒灌。若发生倒灌现象，必须重新排净AB 弯管内之空气。，t 实验三二元液系相图的测定一、目的要求掌握二组分沸点组成图的测绘方法；掌握阿贝(Abbe)折光仪及超级恒温槽的使用方法。 二、实验原理两种液态物
12、质以任何比例混合都形成均相溶液的系统称这完全互中溶双液系。在恒定压力下溶液沸点与平衡的气液相组成的关系，可用沸点组成图(tx 图) 表示。完全互溶双液系的沸点组成图可分为两三种：一种为最简单的情况，溶液沸点介于两个纯组分沸点之间，如图6-1所示。纵坐标表示温度，横坐标表示组分B 的摩尔分数(xB ，y B ) 。下面一条曲线表示气液平衡时温度(即溶液沸点) 与液想组成的关系，称液相线(Tx 线) 。上面的线表示平衡温度与气相组成的关系, 称气相线(Ty 线) 。若总组成为Z B 的系统在压力p 及温度t 时达到气液两相平衡，其液相组成为x B 气相组成为y B (见图6-1) 。另两种类型为具
13、有恒沸点的完全互溶双液系统气液平衡相图，如图6-2所示。其中(a)为具有低恒沸点相图，(b)为具有高恒沸点相图。这两类相图中气相线与液相线在某处相切。相切点对应的温度称为恒沸温度，对应组成的混合物称恒沸混合物。恒沸混合物在恒沸点达气液平衡，平衡的气、液组成相同。同一双液系在不同压力下，恒沸点及恒沸混合物是不同的。三、仪器和试剂沸点仪1套；超级恒温槽一台；阿贝折射仪一台；变压器一台；0.1刻度温度计(50100)1支；30ml 小滴瓶6个；20ml 量筒2个；毛细滴管2支；洗耳球1个；擦镜纸若干。无水乙醇(A.R),环己烷(A.R)，号不同组成环己环-乙醇溶液，丙酮。四、实验步骤1、接好超级恒温
14、槽与折射仪间的循环水管，将超级恒温槽温度调至25.0。 2、校正折射仪，校正方法见71。3、绘制标准曲线；用吸量管配制6种不同体积百分数(10、25、40、55、70、85%环己烷) 各10ml 的乙醇环己烷溶液，分别放在6个干燥的30ml 滴瓶中(注意盖严) 。记录配制时室温。用折射仪分别测定各溶液的折射率(三学时实验不做此步，标准线数据由教师给出) 。 4读大气压力。5在干燥的沸点仪内，加入实验室配制好的乙醇环己烷号溶液。使沸点仪内液面达到温度计水银球约一半的位置。开冷却水。沸点仪电热丝接至变压器20V 的输出位置，加热至沸腾，使气相冷凝液充分回流。此时应注意观察温度。当在23 min 内
15、温度不变时，认为气液相达到平衡，记下温度数值。停止加热。迅速用干燥的毛细滴管先取气相冷凝液样品，测其折射率。用丙酮洗净折射仪棱镜后，再用另一支干燥的毛细滴管取液相样品，测定其折射率。洗净棱镜做好下次测定的准备工作。测定完毕，放出号溶液装入原溶液瓶内(切勿装错) 。6、在沸点仪内加入号溶液，按上述步骤重复操作。再依次测量号溶液。 7、实验完毕，切断超级恒温槽电源，擦净折射仪。重读大气压。 五、数据处理1、在标准线上根据不同标号溶液的折射率查出相应的气、液相组成，如所测温度与标准线不符，则按温度每升高1折射率下降0.0005校正后再查。2、用实测温度和气、液平衡组成绘制乙醇环己烷的t x 图，从图
16、上查出最低恒沸组成和恒沸温度。3、计算含乙醇的物质量分数为0.10及0.80的环己烷乙醇溶液在它们气液平衡温度下两组分的活度系数(两组分在平衡温度下的纯物质饱和蒸气压由附录十九查出) 。 六、注意事项1、变压器输出电压应缓缓上调至液体沸腾为止，一般不得超过20V ，否则会烧断电热丝。 2、沸点仪中所加溶液必须使液面超过其内的电热丝玻管。3、每次测定前，取样管和折射仪棱镜玻璃面必须用洗耳球吹干，否则将严重影响测定结果。 七、思考题1、本实验中沸点仪及毛细滴管为什么必须干燥？本实验测得沸点组成图的误差主要来源于哪些操作？2、在沸点仪内的系统中，为什么说总组成就是原始溶液组成？在达到气液平衡时，哪部分数量为平衡的气相量？哪部分为平衡的液相量？3、此实验中某一号溶液组成发生不大的变化，对实验测得相图是否有影响？