物化实验讲义(给排水学生)

实验一 燃烧热的测定

内容提要

燃烧热是热化学中重要的基本数据，利用燃烧热的数据以及盖斯定律可以计算其他反应的热效应。本实验采用氧弹式量热计测定萘的燃烧热(即定容反应热),并通过计算求定压反应热。 目的要求

1、了解氧弹量热计的原理、构造和使用方法,学会用其测定固定试样的燃烧热。 2、学习有关热化学实验的一般知识。 实验关键

1、用天平称量要准确,尽量做到既不引进杂质,又不丢失样品。 2、充氧时注意旋紧氧弹盖，以免漏气而燃烧不完全。 预备知识

燃烧热是温度为T时由物质B与氧进行完全氧化所放出的热。要注意“完全氧化反应”的含意。C氧化生成CO并非完全氧化反应,因CO尚能继续氧化生成C02。 实验原理

燃烧热的测定是将可燃物质、氧化剂及其容器与周围环境隔离,测定燃烧前后系统温度的升高值⊿T,再根据系统的热容C,可燃物质的质量m,计算每克物质的燃烧热Q。即系统的热容,一般是利用已知燃烧热的标准物质在相同条件下完全燃烧,根据其燃烧前后系统温度的变化Aγ,质量矿,每克物质的燃烧热QF，利用下式求出：

本实验测得的是恒容反应热，可以通过Qp反应热求得。 目的

用氧弹量热计测定萘的燃烧热。 原理

在适当的条件下，几乎所有的有机物都能迅速而完全地进行氧化反应,这就为准确测定它们的燃烧热创造了有利条件。

为了使被测物质能迅速而完全燃烧，就需要有强有力的氧化剂。在实验中经常使用压力为25～30大气压（2533～3039 kpa）的氧气作为氧化剂。用GR-3500型氧弹量热计进行实验时,氧弹放置在装有一定量水的铜水桶中,水桶外是空气隔热层,再外面是温度恒定的水夹套。

标准燃烧热指的是：在标准状态下，1mol物质完全燃烧成同一温度的指定产物（C和H的燃烧产物为CO2，H2O）的焓变化。用△cHm?表示。

在氧弹量热计中，可测得物质的定容摩尔燃烧热△cUm：若气体为理想气体，忽略压力影响，则

1

△cHm? = △cUm ＋△n·R·T

△n—燃烧前后气体的物质的量的变化。

样品在体积固定的氧弹中燃烧放出的热；引火丝燃烧放出的热和由氧气中微量的氮气氧化成硝酸的生成热，大部分被水桶中的水吸收；另一部分则被氧弹、水桶、搅拌器及温度计等所吸收,在量热计与环境没有热交换的情况下，可写出如下的热量平衡式:

Qv·a＋qb＋1.43c = w·h·△t＋c总·△t

式中：Qv—被测物质的定容燃烧热（卡/克）；a—被测物质的重量（克）；q—引火丝的燃烧热(卡/克)（铁丝为1600卡/克，镍丝为775卡/克），b—烧掉了的引火丝重量（克）；1.43硝酸生成热为14300卡/摩,当用0.1000mol.LNaOH来滴定生成的硝酸时,每毫升碱相当于1.43卡；c—滴定生成的硝酸时，耗用0.010Omol.L NaOH毫升数（要求不严格时可忽略）；w—水桶中的水重（克），h—水的比热(卡/克·度)；C总—氧弹、水桶的总热容（卡/度）； △t—与环境无热交换时的真实温差(度)。

如在实验时保持水桶中水量一定,把上式右端常数合并得到下式：

Qv·a＋qb＋1.43c = K·△t （*）

式中：K= （w·h + c总）卡/度，称为量热计的水当量。

实际上,氧弹式量热计不是严格的绝热系统,加之由于传热速度的限制,燃烧后由最低温度达最高温度需一定的时间，在这段时间里系统与环境难免发生热交换，因而从温度计上读得的温差就不是真实的温差△t。为此,必须对读得的温差进行校正,下面是常用的经验公式：

-1

-1

?t校正

V?V1??m?V1?r （**）

2式中：V—点火前，每半分钟量热计的平均温度变化；

V1—样品燃烧使量热计温度达最高而开始下降后，每半分钟的平均温度变化； m—点火后,温度上升很快(大于每半分钟0.3℃)的半分钟间隔数; r—点火后,温度上升较慢的半分钟间隔数。 在考虑了温差校正后,其实温差△t应该是：

△t= t高－t低＋△t校正

式中: t低—点火前读得量热计的最低温度:

t高—点火后,量热计达到最高温度后,开始下降的第一个读数。

从(*)式可知，要测得样品的Qv必须知道仪器常数（仪器的水当量）K。测定的方法是以一定量的已知燃烧的标准物质（常用苯甲酸,其Qv = 6329卡/克）在相同的条件下进行实验,测得t低、t高,并用（**）式算出△t校正后,就可按(*)式算出K值。

若实验所采用的仪器是WGR-1G微电脑量热计,其特点是铅电阻探头测温,计算机读数计算、人工调制温差、人工称水、装水。氧弹和内筒是仪器的主体,即实验所研究的系统。系统与外筒隔以空气绝热层,下方有绝热垫片架起,上方有绝热盖板覆盖,以减少对流和蒸发。

2

为了减少辐射及控制环境温度恒定，外筒中灌满与系统温度相近的水。为使系统温度很快达到均匀，还装有内筒搅拌装置。铅电阻测温探头测得温度信号，通过测温卡放大，模拟转换传送给计算机，计算机将测温卡传递过来的温度信号进行数据处理，运算、显示结果,并且通过温度控制器控制搅拌、点火,测试完毕后自动打印有关数据、图形及结果。 仪器与试剂：

（1）氧弹量热计(附压片机)1台； 移液管； 分析天平l台;

【2升容量瓶1个; 50毫升碱式滴定管l支; 150毫升锥形瓶1个。】 （2）分析纯苯甲酸； 分析纯萘； 引火丝； 纯氧气； 棉纱 【0.1000mol.LNaOH标准溶液; 酚酞指示剂。】

注：【 】内试剂若实验要求不严格时可不用。

-1

氧弹量热计

氧弹结构示意图

实验步骤：

一、量热计常数的测定

1.在分析天平上准确称量苯甲酸片（成品）；或在台秤上称取约0.4克标准级苯甲酸，用布擦净压片机，然后把压片模装在压片机上,从上口装入台秤粗称过的苯甲酸,进行压片。压片若被沾污,可用小刀刮净,然后在干净的玻璃板上轻轻敲击2～3次,再在分析天平上准确称量。

2.用手拧开氧弹盖，将其放在专用架上，装好专用的石英杯或不锈钢杯，用移液管取10毫升蒸馏水放入氧弹中。

3.取定长度（准确）的引火丝穿过药片，然后将两端固定在引火电极上，盖好并用手拧紧盖。关好出气口,拧下进气管上的螺钉；换接上导气管的螺钉,导气管的另一端与氧气钢瓶上的氧气减压阀连接。打开钢瓶上的闷门缓缓进气,达25～30大气压后,关好钢瓶阀门及减压阀,拧下氧弹上导气管的螺钉,把原来的螺钉装上，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。（为了便于着火，药片上可绕几圈棉花。） 4. 在两极上接上点火导线，装上已调好的贝克曼温度计(或量热温度计)，盖好盖子。 在量热计夹套中装自来水，铜水桶中装入3L自来水。然后把氧弹放入铜水桶中,若水尚未淹至

3

弹盖上缘,还应加入一定量的水（如250或500毫升等）用手扳动搅拌器,检查浆叶是否与器壁相碰；开动搅拌器。

5.待温度变化基本稳定后,开始读点火前最初阶段的温度,每隔半分钟读一次,共10个间隔,该数完毕,立即按电钮点火。指示灯熄灭表示着火,继续每半分钟读一次温度,直至温度开始下降后。再读取最后阶段的10次读数,便可停止实验。温度上升很快阶段的温度读数可较粗略,最初阶段和最后阶段则需精密到0.002℃。

6.停止实验后关闭搅拌器,先取下温度计，再打开量热计盖,取出氧弹并将其拭干,打开放气阀门缓缓放气，放完气后,拧开盖子,检查燃烧是否完全,若弹内有炭黑或未燃烧的试祥时,则应认为实验失败。若燃烧完全,则量取燃烧后剩下的引火丝长度。【并用少量蒸馏水洗涤氧弹内壁,将洗涤液收集在150毫升锥形瓶中,煮沸片刻,用酚酞作指示剂,以0.1000mol.LNaOH滴定。】 二、萘燃烧热的测定 1.在台秤上称取约0.5克萘。

2.用布擦净压片机，然后把压片模装在压片机上,从上口装入约1克（台秤粗称）的萘 ,进行压片。压片若被沾污,可用小刀刮净,然后在干净的玻璃板上轻轻敲击2～3次,再在分析天平上准确称量。 3.以下步骤同上。

数据处理：根据实验数据计算: (1)量热计的水当量。 (2)胶囊的定容燃烧热。

(3)萘的恒压燃烧热，并与文献值比较。 思考题

1、写出萘燃烧过程的反应方程式，如何根据实验测得的Qv求出Qp？

2、量热计中哪些部分是系统？哪些部分是环境？系统和环境是通过哪些途径来进行热交换？ 参考资料

1．GB213—74,《煤的发热量测定方法》

2. T．A．季开耶夫等著.北京石油学院科学研究所翻译组译,《动力燃料分析》，1957

年，156～207页。

-1

4

实验二 二组分溶液沸点-组成图的绘制

内容提要

本实验采用回流冷凝法测定不同浓度的环己烷—乙醇溶液的沸点和气液两相的平衡浓度，绘制沸点—组成图，并从图上确定体系的最低恒沸物及其相应的组成。 目的要求

1.掌握沸点-组成图的绘制方法。

2.掌握阿贝折光仪及超级恒温槽的使用方法。 实验关键

1.工作曲线的绘制 采用已有的乙醇-环己烷25℃时折光率-浓度对应数据表，查取10组数据（其中1和10分别为纯的乙醇和环己烷），作乙醇-环己烷对应的折光率-浓度工作曲线。

2.由于液体的折射率受温度影响很大，折射仪采用恒温槽恒温，恒温水在回路中要保持循环畅通。用阿贝折光仪测液体折射率时，用滴管滴数滴液体于棱镜上，待整个镜面浸润后再进行观察。

3.蒸馏过程中加热电炉的温度不能太高，表观上要求电炉丝微红即可，否则易剧烈沸腾和燃烧着火。 预备知识

1.杠杆规则 当组成以物质的量分数(x)表示时，两相的物质的量反比于系统点到两个相点线段的长度。

2.在恒定压力下，实验测定一系列不同组成液体的沸腾温度及平衡时气液两相的组成，即可绘出该压力下的温度—组成图。最大正偏差系统的温度—组成图上出现最低点，在此点气相线和液相线相交,由于对应于此点组成的液相在指定压力下沸腾时产生气相与液相组成相同，故沸腾时温度恒定，且这一温度又是液态混合物的最低温度，故称之为最低恒沸点；与此类似，最大负偏差系统的温度—组成图上出现最高点，即为最高恒沸点。恒沸混合的组成取决于压力，压力一定，恒沸混合物的组成一定；压力改变，恒沸混合物的组成改变，甚至恒沸点可以消失，这证明恒沸混合物不是一种化合物。 实验原理

在恒压下完全互溶的二组分混合体系的沸点-组成图可分三类： 1.理想的二组分体系，其沸点介于两组分沸点之间，如苯—甲苯体系。 2.对拉乌尔定律发生负偏差的体系，其溶液有最高恒沸点，如丙醇—氯仿、硝酸—水体系。

3.对拉乌尔定律发生正偏差的体系，其溶液有最低恒沸点，如环己烷—乙醇、乙醇—水体系。了解二组分体系的沸点—组成图，对两组分的分离—精馏有指导意义。

5

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库物化实验讲义(给排水学生)在线全文阅读。