实验十六固体和液体燃烧热的测定实验目的用氧弹卡计测定含碳可燃物质的燃烧热，明确恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别，了解卡计中主要部件的作用，掌握用氧弹卡计测量燃烧热的实验技术。实验原理量热法是热力学实验的一个基本方法。直接测得恒容过程热效应Qv（即△U）和恒压过程热效应Qp（即AH）中任一个数据，应用以下热力学关系式就可计算出另一个数据。(16-1)AH=AU+A(pV)本实验在氧弹卡计（恒容）中测定恒容燃烧热，根据上述关系式可以将测得的恒容燃烧热换算为恒压燃烧热。热化学中定义，一摩尔物质在p时完全燃烧所放出的热量称作该物质的燃烧恰（△cH㎡），通常也称燃烧热。通过燃烧热的测定，可以求算化合物的生成热，评价工业用的固体或液体燃料的质量。由于恒容燃烧热Qv等于内能变化AU，恒压燃烧热Qp等于恰变化AH，因此，两者有下面的关系：Qp=Qv+AnRT(16-2)其中：An：反应前后的生成物和反应物中气体的物质的量之差R：气体常数T：反应的绝对温度测量热效应的仪器称作量热计（卡计）。量热计的种类很多，本实验用氧弹卡计（见图16-1）测量燃烧热。测量的基本原理是能量守恒原理，样品完全燃烧放出的热量促使卡计本身及其周围的介质（本实验用水）温度升高，测量了介质燃烧前后温度的变化，就可以求算出该样品的恒容燃烧热。其关系式如下：W-W"=(3000pC+C+)AT-2.9(1-I")-16736W-5.98V-Qv(16-3)M
实验十六 固体和液体燃烧热的测定 实验目的 用氧弹卡计测定含碳可燃物质的燃烧热，明确恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别，了解卡 计中主要部件的作用，掌握用氧弹卡计测量燃烧热的实验技术。 实验原理 量热法是热力学实验的一个基本方法。直接测得恒容过程热效应QV（即ΔU）和恒压过 程热效应QP（即ΔH）中任一个数据，应用以下热力学关系式就可计算出另一个数据。 ΔH = ΔU + Δ(pV) （16-1） 本实验在氧弹卡计（恒容）中测定恒容燃烧热，根据上述关系式可以将测得的恒容燃烧 热换算为恒压燃烧热。 热化学中定义，一摩尔物质在p θ 时完全燃烧所放出的热量称作该物质的燃烧焓 （ΔCHθ m），通常也称燃烧热。通过燃烧热的测定，可以求算化合物的生成热，评价工业用 的固体或液体燃料的质量。 由于恒容燃烧热QV等于内能变化ΔU，恒压燃烧热QP等于焓变化ΔH，因此，两者有下 面的关系： Qp = QV + ΔnRT (16-2) 其中： Δn：反应前后的生成物和反应物中气体的物质的量之差 R：气体常数 T：反应的绝对温度 测量热效应的仪器称作量热计（卡计）。量热计的种类很多，本实验用氧弹卡计（见图 16-1）测量燃烧热。测量的基本原理是能量守恒原理，样品完全燃烧放出的热量促使卡计本 身及其周围的介质（本实验用水）温度升高，测量了介质燃烧前后温度的变化，就可以求算 出该样品的恒容燃烧热。其关系式如下： llTCC VW M WW QV 3000( 98.5'16736)'(9.2) ' = −−−−Δ+ − − ρ 卡 （16-3）
式中：W样品和助燃用棉线的总质量(g)棉线的质量(g)M样品的摩尔质量(g morl)(g cm"3)p水的密度c(J.gl.k")水的比热C卡计的水当量（仪器的热容）(J-K-)AT样品燃烧前后体系温度的变化值(K)1,1点火用铁丝和燃烧后剩余铁丝的长度（cm）V滴定洗涤液所用0.1mol·LNaOH的体积（mL）氧弹卡计的热容C卡一般通过燃烧一定量的纯净苯甲酸来标定。苯甲酸的Qv=-26460J+g已知卡计的水当量后后，就可以利用（16-3）式通过实验测定其它物质的燃烧热。为了保证样品完全燃烧，氧弹中必须充足高压氧气（或者其它氧化剂）。因此，氧弹必须密封，耐高压，耐腐蚀，同时，粉末样品必须压成片状，以免充气时冲散样品，使燃烧不完全，而引进实验误差。完全燃烧是实验成功的第一步，第二步还必须使燃烧后放出的热量不散失，不与周围环境发生热交换，全部传递给卡计本身和其中盛放的水，促使卡计和周围的水的温度升高。为了减少卡计与环境的热交换，卡计放在一恒温的套壳中，故称环境恒温或外套恒温卡计（见图16-2）。1E4图16-2图16-1氧弹的构造燃烧热测定装置1.厚壁圆筒2.氧弹盖3.螺帽1.外壳2.水桶壁3.水桶4.热绝缘垫片4.进气孔5.放气孔6.电极5.热绝缘胶板6.马达7.支撑杆8.支架7.燃烧皿8.进气管9.火焰遮板9.搅拌垫片10.搅拌器即使采取了这些措施，热量的散失（热漏）仍然无法完全避免，因此燃烧前后温度的变化值不能直接测量准确，而必须经过雷诺作图进行校正。其校正方法如下：称取适量待测物质，使其燃烧后，卡计中的水温升高1.5-2.0度。预先调节水温低于室温0.5-1.0度，然后将燃烧前后历次观察的水温对时间作图，联成ABECD折线（见图16-3）
式中：W 样品和助燃用棉线的总质量 （ g ） W' 棉线的质量 （ g ） M 样品的摩尔质量 （ g · mol-1 ） ρ 水的密度 ( g · cm-3) C 水的比热 ( J · g-1 · K-1 ) C 卡计的水当量（仪器的热容） ( J · K-1 卡 ) ΔT 样品燃烧前后体系温度的变化值 ( K ) ,ll ' 点火用铁丝和燃烧后剩余铁丝的长度 ( cm ) -1 V 滴定洗涤液所用 0.1mol•L NaOH的体积 （mL） 氧弹卡计的热容C卡一般通过燃烧一定量的纯净苯甲酸来标定。 苯甲酸的 QV = -26460 J · g-1 已知卡计的水当量后后，就可以利用（16-3）式通过实验测定其它物质的燃烧热。 为了保证样品完全燃烧，氧弹中必须充足高压氧气（或者其它氧化剂）。因此，氧弹必 须密封，耐高压，耐腐蚀，同时，粉末样品必须压成片状，以免充气时冲散样品，使燃烧不 完全，而引进实验误差。完全燃烧是实验成功的第一步，第二步还必须使燃烧后放出的热量 不散失，不与周围环境发生热交换，全部传递给卡计本身和其中盛放的水，促使卡计和周围 的水的温度升高。为了减少卡计与环境的热交换，卡计放在一恒温的套壳中，故称环境恒温 或外套恒温卡计（见图 16-2）。 图 16-1 氧弹的构造 图 16-2 燃烧热测定装置 1.厚壁圆筒 2.氧弹盖 3.螺帽 1.外壳 2.水桶壁 3.水桶 4.热绝缘垫片 4.进气孔 5.放气孔 6.电极 5.热绝缘胶板 6.马达 7.支撑杆 8.支架 7.燃烧皿 8.进气管 9.火焰遮板 9.搅拌垫片 10.搅拌器 即使采取了这些措施，热量的散失（热漏）仍然无法完全避免，因此燃烧前后温度的 变化值不能直接测量准确，而必须经过雷诺作图进行校正。其校正方法如下： 称取适量待测物质，使其燃烧后，卡计中的水温升高 1.5-2.0 度。预先调节水温低于室 温 0.5-1.0 度，然后将燃烧前后历次观察的水温对时间作图，联成 ABECD 折线（见图 16-3）
TDCH-TGB :A--.---PMQ图16-3温度-时间图在前期（自开启电源到点火），相当于图中AB部分，每一分钟读取温度一次，5分钟后点火，此时温度上升很快，所以须每隔半分钟读取温度一次，直至温度达到最高点进入末期，相当于图中CD部分，再改为每一分钟读取温度一次，5分钟后停止读取温度。图中B相当于开始燃烧之点，C为观察到的最高温度读数点。由于卡计和外界的热量交换，曲线AB及CD常常发生倾斜。作相当于室温之平行线交折线于E处，过E点作垂线HM，然后将AB线和DC线外延交HM线于G、H两点，H点与G点所表示的温度差即为欲求温度升高值△T，经过这样校正后的温度差表示了由于样品燃烧使卡计温度升高的数值。有时卡计的绝热情况良好，热漏小，而搅拌器功率又比较大，这样往往不断引进少量热量，使得燃烧后的温度最高点不明显出现，对于这种情况，△T仍然可以按照同法校正之。值得注意的是用作图法进行校正时，卡计的温度与外界环境的温度不宜相差太大（最好不超过2-3℃），否则会引入误差。最后，为了正确测定燃烧热，必须正确测量温度，本实验用数字温差测量仪测量温度的变化。仪器、试剂和材料氧弹卡计1台，氧气钢瓶1个，氧气表1个，压片机2台，分析天平（精度0.0001g）和托盘天平各1台，万用电表1个，数字温差测量仪1台（精度0.001℃），苯甲酸，萘，细铁丝，棉线，直尺，容量瓶（1000mL）。实验内容（1）取一根细铁丝量取其长度，记为1，取一根棉线，在分析天平上精确称量其质量，记为W'.(2)不在托盘天平上称取约1克左右的苯甲酸（不要超过1.1g），在压片机上压成片状，将片上粘附的粉末轻轻敲去，将棉线紧缚在片上，在分析天平上准确称量其样片加棉线的质量，记为W。再将铁丝轻轻穿入棉线和样片之间，将样片放在燃烧皿中，通过铁丝缚在氧弹的两电(3)极上，用万用表检查是否短路或断路，在氧弹内加入0.5mL蒸馏水，然后旋紧弹盖
A B C D E G H P Q M t T F 图 16-3 温度-时间图 在前期（自开启电源到点火），相当于图中 AB 部分，每一分钟读取温度一次，5 分钟 后点火，此时温度上升很快，所以须每隔半分钟读取温度一次，直至温度达到最高点进入末 期，相当于图中 CD 部分，再改为每一分钟读取温度一次，5 分钟后停止读取温度。图中 B 相当于开始燃烧之点，C 为观察到的最高温度读数点。由于卡计和外界的热量交换，曲线 AB 及 CD 常常发生倾斜。作相当于室温之平行线交折线于 E 处，过 E 点作垂线 HM，然后 将 AB 线和 DC 线外延交 HM 线于 G、H 两点，H 点与 G 点所表示的温度差即为欲求温度升 高值 ΔT，经过这样校正后的温度差表示了由于样品燃烧使卡计温度升高的数值。 有时卡计的绝热情况良好，热漏小，而搅拌器功率又比较大，这样往往不断引进少量 热量，使得燃烧后的温度最高点不明显出现，对于这种情况，ΔT 仍然可以按照同法校正之。 值得注意的是用作图法进行校正时，卡计的温度与外界环境的温度不宜相差太大（最好不超 过 2-3℃），否则会引入误差。最后，为了正确测定燃烧热，必须正确测量温度，本实验用 数字温差测量仪测量温度的变化。 仪器、试剂和材料 氧弹卡计１台，氧气钢瓶１个，氧气表１个，压片机２台，分析天平（精度 0.0001g） 和托盘天平各１台，万用电表１个，数字温差测量仪１台（精度 0.001℃），苯甲酸，萘，细 铁丝，棉线，直尺，容量瓶（1000mL）。 实验内容 (1) 取一根细铁丝量取其长度，记为l ，取一根棉线，在分析天平上精确称量其质量，记为 W'。 (2) 在托盘天平上称取约１克左右的苯甲酸（不要超过 1.1g），在压片机上压成片状，将片 上粘附的粉末轻轻敲去，将棉线紧缚在片上，在分析天平上准确称量其样片加棉线的 质量，记为 W。 (3) 再将铁丝轻轻穿入棉线和样片之间，将样片放在燃烧皿中，通过铁丝缚在氧弹的两电 极上，用万用表检查是否短路或断路，在氧弹内加入 0.5mL 蒸馏水，然后旋紧弹盖
通入氧气（在教师指导下进行），使氧压达到1.0MPa，再次检查是否通路，将氧弹轻轻放入内水桶中。用容量瓶准确量取已被调节到低于室温0.5-1.0℃的自来水3000mL，倒入盛水桶内。装(4)）好搅拌器，氧弹两电极用电线接在点火控制器上，盖上盖子，将温度传感器插入水中。开启控制器电源，开动搅拌马达，时间置于“一分钟”档，每隔1分钟读取一次数字(5)温差计的度数，读5分钟，即读5次温度。按下控制器上“点火”按纽，同时时间切换到“半分钟”档，温度读数改为每隔半分(6)钟读一次。约一分钟内温度迅速上升，若不见温度迅速上升，则表明点火没有成功，此时必须打开氧弹检查原因。当温度升到最高点后，时间切换到“一分钟”档，每隔1分钟读取一次数字温差计的(7)度数，读5分钟，即读5次温度，方可停止实验。实验停止后，关闭搅拌器，取出温度传感器，拿出氧弹，打开氧弹出气口放出余气（注(8)意放气时不要对着自已或者旁人），最后旋开氧弹盖，检查样品燃烧的结果。若氧弹中没有未燃尽的残渣，表示燃烧完全，反之，则表示燃烧不完全，实验失败。燃烧后剩余的铁丝必须测量其长度，记为7。用蒸馏水（每次取10mL）洗涤氧弹内壁三次，洗涤液收集在150mL锥形瓶中，煮沸片刻，以0.1molL-NaOH滴定，体积记为V。最后倒去自来水，擦干水桶内壁和氧弹外表面的水待下次实验用。(9）重复（1）一（8），注意在称取萘时不超过0.7克。实验数据和结果处理1.作苯甲酸燃烧的雷诺校正图，求出苯甲酸燃烧的△T，依据公式（16-3）计算C卡。2.作萘燃烧的雷诺校正图，求出燃烧的△T，根据上述测定的C卡，依据公式（6-3）计算Qv和Qp。思考题1.指出Qp=Qv+AnRT公式中各项的物理意义？2.使用氧气钢瓶应注意哪些问题？3.你认为影响燃烧热测定准确度的主要因素是什么？为什么？4.燃烧不完全的原因可能有哪些？实验讨论1，实验中所用铁丝的燃烧热为2.9J·cm，棉线的恒容燃烧热为16736J·g，1mL的0.1mol·L"NaOH滴定液相当于-5.98J，焦碳的恒容燃烧热为33900J·g。2如果不进行雷诺校正，则测得的△T会有误差。实验中应创造条件，尽量采用雷诺法校正求△T。3：可以自行设计测液体可燃物燃烧热的测定方法，特别是盛装液体可燃物且通电点火燃烧的方法，使实验顺利进行。参考文献1傅献彩，沈文霞，姚天扬，物理化学（上）（第四版），北京：高等教育出版社，19902北京大学化学学院物理化学实验教学组编，物理化学实验（第4版），北京大学出版社，2002
通入氧气（在教师指导下进行），使氧压达到 1.0MPa，再次检查是否通路，将氧弹轻 轻放入内水桶中。 (4) 用容量瓶准确量取已被调节到低于室温 0.5-1.0℃的自来水 3000mL，倒入盛水桶内。装 好搅拌器，氧弹两电极用电线接在点火控制器上，盖上盖子，将温度传感器插入水中。 (5) 开启控制器电源，开动搅拌马达，时间置于“一分钟”档，每隔１分钟读取一次数字 温差计的度数，读５分钟，即读５次温度。 (6) 按下控制器上“点火”按纽，同时时间切换到“半分钟”档，温度读数改为每隔半分 钟读一次。约一分钟内温度迅速上升，若不见温度迅速上升，则表明点火没有成功， 此时必须打开氧弹检查原因。 (7) 当温度升到最高点后，时间切换到“一分钟”档，每隔１分钟读取一次数字温差计的 度数，读５分钟，即读５次温度，方可停止实验。 (8) 实验停止后，关闭搅拌器，取出温度传感器，拿出氧弹，打开氧弹出气口放出余气（注 意放气时不要对着自己或者旁人），最后旋开氧弹盖，检查样品燃烧的结果。若氧弹中 没有未燃尽的残渣，表示燃烧完全，反之，则表示燃烧不完全，实验失败。燃烧后剩 余的铁丝必须测量其长度，记为 。用蒸馏水（每次取 10mL）洗涤氧弹内壁三次，洗 涤液收集在 150mL锥形瓶中，煮沸片刻，以 0.1mol•L l' -1NaOH滴定，体积记为V。最后 倒去自来水，擦干水桶内壁和氧弹外表面的水待下次实验用。 (9) 重复（１）－（８），注意在称取萘时不超过 0.7 克。 实验数据和结果处理 1. 作苯甲酸燃烧的雷诺校正图，求出苯甲酸燃烧的ΔT，依据公式（16-3）计算C卡。 2. 作萘燃烧的雷诺校正图，求出萘燃烧的ΔT，根据上述测定的C卡，依据公式（6-3） 计算QV和QP。 思考题 1. 指出QP = QV + ΔnRT 公式中各项的物理意义？ 2. 使用氧气钢瓶应注意哪些问题？ 3. 你认为影响燃烧热测定准确度的主要因素是什么？为什么？ 4. 燃烧不完全的原因可能有哪些？ 实验讨论 １. 实验中所用铁丝的燃烧热为 2.9 J · cm-1，棉线的恒容燃烧热为 16736 J · g-1，1mL的 0.1mol·L-1NaOH滴定液相当于-5.98J，焦碳的恒容燃烧热为 33900 J · g-1。 ２. 如果不进行雷诺校正，则测得的 ΔT 会有误差。实验中应创造条件，尽量采用雷诺 法校正求 ΔT。 ３. 可以自行设计测液体可燃物燃烧热的测定方法，特别是盛装液体可燃物且通电点火 燃烧的方法，使实验顺利进行。 参考文献 1 傅献彩，沈文霞，姚天扬，物理化学（上）（第四版），北京：高等教育出版社，1990 2 北京大学化学学院物理化学实验教学组编，物理化学实验（第 4 版），北京大学出版社， 2002
实验十七积分溶解热的测定实验目的用量热法测定KNO的积分溶解热，掌握量热法的基本测量方法。实验原理物质溶解时常伴随有热效应发生，此热效应称为该物质的溶解热。物质的溶解通常包括溶质晶格的破坏和溶质分子或离子的溶剂化。其中，晶格的破坏常为吸热过程，溶剂化常为放热过程。溶解热即为这两个过程的热量的总和，而最终是吸热或放热由这两个热量的相对大小所决定。温度、压力以及溶质和溶剂的性质、用量，是影响溶解热的显著因素。根据物质在溶解过程中溶液浓度的变化，溶解热分为变浓溶解热和定浓溶解热。变浓溶解热又称积分溶解热，为等温定压条件下一摩尔物质溶于一定量的溶剂形成某浓度的溶液时，吸收或放出的热量。定浓溶解热又称微分溶解热，为等温定压条件下一摩尔物质溶于大量某浓度的溶液时，产生的热量。两者的单位都是Jmol。但在溶解过程中，前者的溶液浓度持续变化，而后者只有微小的变化或视为不变。积分溶解热可用量热法直接测得，微分溶解热可从积分溶解热间接求得。方法是，先求出在定量溶剂中加入不同溶质时的积分溶解热，然后以热效应为纵坐标，以溶质物质的量为横坐标绘成曲线，曲线上任一点的斜率即为该浓度时的微分溶解热。量热法测定积分溶解热，通常在被认为是绝热的量热计中进行。首先标定该量热体系的热容量，然后通过精确测量物质溶解前后因吸热或放热引起量热体系温度的变化，来计算溶解过程的热效应，并据此计算物质在该溶液温度、浓度下的积分溶解热。1.量热系统热容量的标定用一已知积分溶解热的标准物质，在量热计中进行溶解，测出溶解前后量热系统的温度变化值△T标，则量热系统的热容为：W标·AH标C=(17-1)M标·△T标式中：W标、M标分别为标准物质的质量（克）和摩尔质量：AH标为标准物质在某溶液温度及浓度下的积分溶解热，此值可从手册上查得：C为量热系统包括量热计装置和溶液的总热容。2.积分溶解热的测定将（17-1）式用于待测物质即得CMATAH溶解=(17-2)4W式中：W、M分别为待测物质的质量（克）和摩尔质量：AT为待测物质溶解前后量热系统的温度变化值；C为已标定的量热系统的热容，这里假设了各种水溶液的热容都相同。（17-1）及（17-2）式都忽略了热传导对△T标及AT的影响。因此本实验要求量热系统与室温的温差应尽可能的小，量热计的绝热应良好，并要求搅拌缓慢、匀速，避免引入较大的搅拌热。仪器、试剂和材料溶解热测定装置（图17-1）；数字式温度测量仪（1台）；秒表：干燥器；量筒（500mL）；1
实验十七 积分溶解热的测定 实验目的 用量热法测定KNO3的积分溶解热，掌握量热法的基本测量方法。 实验原理 物质溶解时常伴随有热效应发生，此热效应称为该物质的溶解热。 物质的溶解通常包括溶质晶格的破坏和溶质分子或离子的溶剂化。其中，晶格的破坏常 为吸热过程，溶剂化常为放热过程。溶解热即为这两个过程的热量的总和，而最终是吸热或 放热由这两个热量的相对大小所决定。 温度、压力以及溶质和溶剂的性质、用量，是影响溶解热的显著因素。根据物质在溶解 过程中溶液浓度的变化，溶解热分为变浓溶解热和定浓溶解热。变浓溶解热又称积分溶解热， 为等温定压条件下一摩尔物质溶于一定量的溶剂形成某浓度的溶液时，吸收或放出的热量。 定浓溶解热又称微分溶解热，为等温定压条件下一摩尔物质溶于大量某浓度的溶液时，产生 的热量。两者的单位都是J·mol-1。但在溶解过程中，前者的溶液浓度持续变化，而后者只有 微小的变化或视为不变。 积分溶解热可用量热法直接测得，微分溶解热可从积分溶解热间接求得。方法是，先求 出在定量溶剂中加入不同溶质时的积分溶解热，然后以热效应为纵坐标，以溶质物质的量为 横坐标绘成曲线，曲线上任一点的斜率即为该浓度时的微分溶解热。 量热法测定积分溶解热，通常在被认为是绝热的量热计中进行。首先标定该量热体系的 热容量，然后通过精确测量物质溶解前后因吸热或放热引起量热体系温度的变化，来计算溶 解过程的热效应，并据此计算物质在该溶液温度、浓度下的积分溶解热。 1. 量热系统热容量的标定 用一已知积分溶解热的标准物质，在量热计中进行溶解，测出溶解前后量热系统的温度 变化值ΔT标，则量热系统的热容为： 标 标 标 标 TM HW C Δ⋅ Δ⋅ = （17-1） 式中：W标、M标分别为标准物质的质量（克）和摩尔质量；ΔH标为标准物质在某溶液温度及 浓度下的积分溶解热，此值可从手册上查得；C为量热系统包括量热计装置和溶液的总热容。 2. 积分溶解热的测定 将（17-1）式用于待测物质即得： W TCM H Δ 溶解 =Δ （17-2） 式中：W、M 分别为待测物质的质量（克）和摩尔质量；ΔT 为待测物质溶解前后量热系统 的温度变化值；C 为已标定的量热系统的热容，这里假设了各种水溶液的热容都相同。 （17-1）及（17-2）式都忽略了热传导对ΔT标及ΔT的影响。因此本实验要求量热系统与 室温的温差应尽可能的小，量热计的绝热应良好，并要求搅拌缓慢、匀速，避免引入较大的 搅拌热。 仪器、试剂和材料 溶解热测定装置（图 17-1）；数字式温度测量仪（1 台）；秒表；干燥器；量筒（500mL）； 1