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燃烧热的测定

中国科学技术大学 物化 实验报告

燃烧热的测定

【摘要】

本实验通过利用标准物质苯甲酸标定氧弹的热容,然后用已经标定的氧弹来测量萘的燃烧热,并通过雷诺图进行校正,以减少实验过程中体系与环境的热交换对燃烧升温ΔT产生的影响。

【关键词】

燃烧热雷诺图氧弹卡计

【前言】

燃烧热的定义是:一摩尔的物质完全燃烧时所放出的热量。所谓完全燃烧,即组成反应物的各元素,在经过燃烧反应后,必须呈显本元素的最高化合价。如C经燃烧反应后,变成CO,不能认为是完全燃烧。只有在变成CO2时,方可认为是完全燃烧。同时还必须指出,反应物和生成物在指定的温度下都属于标准态。如苯甲酸在298.15K时的燃烧反应过程为:蕌

15

C6H5COOH(固)+O2(气)=7CO2(气)+3H2O(液)蕌

2

由热力学第一定律,恒容过程的热效应QV,即 U。恒压过程的热效应QP,即 H。它们之间的相互关系如下:

QP=QV+ n(RT)4……(1) H= U+ n(RT)或4……(2)

其中 n为反前后气态物质的物质的量之差。R为气体常数。T为反应的绝对温度。蕌

本实验通过测定萘完全燃烧时的恒容燃烧热,然后再计算出萘的恒压燃烧 H。蕌在计算萘的恒压燃烧热时,应注意其数值的大小与实验的温度有关,其关系式为:蕌

H rCP T P

4……(3)

式中的 rCP是反应前后的恒压热容之差,它是温度的函数。一般说来,反应的热效应随温度的变化不是很大,在较小的温度范围内,我们可以认为它是一常数。蕌

热是一个很难测定的物理量,热量的传递往往表现为温度的改变。而温度却很容易测量。如果有一种仪器,已知它每升高一度所需的热量,那么,我们就可在这种仪器中进行燃烧反应,只要观察到所升高的温度就可知燃烧放出的热量。根据这一热量我们便可求出物质的燃烧热。

在实验中我们所用的恒温氧弹量热计(恒温氧弹卡计)就是这样一种仪器。为了测得恒容燃烧热,我们将反应置于一个恒容的氧弹中,为了燃烧完全,在氧弹内充入20个左右大气压的纯氧。这一装置的构造将在下面做详细介绍。蕌

为了确定量热卡计每升高一度所需要的热量,也就是量热计的热容,可用通电加热法或标准物质法。本实验用标准物质法来测量量热卡计的热容即确定仪器的水当量。这里所说的标准物质为苯甲酸,其恒容燃烧时放出的热量为26460J·g-1。实验中将苯甲酸压片准确称量并扣除Cu-Ni合金丝的质量后与该数值的乘积即为所用苯甲酸完全燃烧放出的热量。Cu-Ni合金丝燃烧时放出的热量及实验所用O2气中带有的N2气燃烧生成氮氧化物溶于水,所放出的热量的总和一并传给卡计使其温度升高。根据能量守恒原理,物质燃烧放出的热量全部被氧弹及周围的介质(本实验为3000毫升水)等所吸收,得到温度的变化为 T,所以氧

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