实验五挥发性双液系T～X图的绘制.docVIP

物理化学实验讲义 大理学院药学与化学学院无机物化教研室 实验一 燃烧热的测定 一、实验目的及要求 1．掌握燃烧热的定义，了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别及相互关系； 2．熟悉热量计中主要部件的原理和作用，掌握氧弹热量计的实验技术； 3．用氧弹热量计测定苯甲酸和蔗糖的燃烧热； 4．学会用雷诺图解法校正温度的改变值。 二、实验原理 根据热化学的定义，l mol物质完全氧化时的反应热称作燃烧热。所谓完全氧化，对燃烧产物有明确的规定。如有机化合物中的碳氧化成一氧化碳不能认为是完全氧化，只有氧化成二氧化碳才是完全氧化。 燃烧热的测定，除了有其实际应用价值外，还可以用于求算化合物的生成热、键能等。 量热法是热力学的一种基本实验方法。在恒容或恒压条件下可以分别测得恒容燃烧热QV和恒压燃烧热QP。由热力学第一定律可知，QV等于体积内能变化(U；QP等于其焓变(H。若把参加反应的气体和反应生成的气体都作为理想气体处理，则它们之间存在以下关系： (H = (U + ( (pV) (1.1) QP = QV + (nRT (1.2) 式中(n为反应前后反应物和生成物中气体的物质的量之差；R为摩尔气体常数；T为反应时的热力学温度。 热量计的种类很多，本实验所用的氧弹热量计是一种环境恒温式的热量计。 氧弹热量计测量装置如图1—1所示。图1—2是氧弹的剖面图。 氧弹热量计的基本原理是能量守恒定律。样品完全燃烧后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附件的温度升度，则测量介质在燃烧前后体系温度的变化值，就可求算该样品的恒容燃烧热。其关系式如下： -m样QV/M-l·Ql = (m水C水 + C计)(T (1.3) 式中m样和M分别为样品的质量和摩尔质量；QV为样品的恒容燃烧热；l和Ql是引 燃用铁丝的长度和单位长度燃烧热；m水和C水是以水作为测量介质时，水的质量和比热容；C计称为热量计的水当量，即除水之外，热量计升高1℃所需的热量；(T为样品燃烧前后水温的变化值。 为了保证样品完全燃烧，氧弹中须充以高压氧气或其他氧化剂。因此氧弹应有很好的密封性能，耐高压且耐腐蚀。氧弹应放在一个与室温一致的恒温套壳中。盛水桶与套壳之间有一个高度抛光的挡板，以减少热辐射和空气的对流。 图1-1 氧弹量热计测量装置示意图 图1-2 氧弹剖面图 实际上，热量计与周围环境的热交换无法完全避免，它对温度测量值的影响可用雷诺(Renolds)温度校正图校正。具体方法为：称取适量待测物质，估计其燃烧后可使水温上升1.5～2.0℃。预先调节水温使其低于室温1.0℃左右。按操作步骤进行测定，将燃烧前后观察所得的一系列水温和时间关系作图。可得如图1-3所示的曲线。图中H点意味着燃烧开始，热传入介质；D点为观察到的最高温度值；从相当于室温的J点作水平线交曲线于I，过I点作垂线ab，再将FH线和GD线分别延长并交ab线于A、C两点，其间的温度差值即为经过校正的(T。图中AA’为开始燃烧到体系温度上升至室温这一段时间(t1内，由环境辐射和搅拌引进的能量所造成的升温，故应予以扣除。CC’是由室温升高到最高点D这一段时间(t2内，热量计向环境的热漏造成的温度降低，计算时必须考虑在内。故可认为，AC两点的差值较客观地表示了样品燃烧引起的升温数值。 在某些情况下，热量计的绝热性能良好，热漏很小，而搅拌器功率较大，不断引进的能量使曲线不出现极高温度点，如图1-4所示。其校正方法与前述相似。 图1-3 绝热稍差情况下的雷诺温度校正图 图1-4 绝热良好情况下的雷诺温度校正图 三、仪器与药品 GR-3500氧弹热量计一套；氧气钢瓶，万用表，数字式精密温差测量仪一台；温度计(0～50*(2) 1支；药物天平一台。 苯甲酸(A．R．)；蔗糖(A．R．) 四、实验步骤 （一）测定热量计的水当量 1．样品制作 用药物天平称取大约0.95g左右的苯甲酸，在压片机上稍用力压成圆片。用镊子将样品在干净的称量纸上轻击二、三次，除去表面粉末后再用分析天平精确称量。 2．装样并充氧气 拧开氧弹盖，将氧弹内壁擦干净，特别是电极下端的不锈钢丝更应擦干净。搁上金属小器皿，小心将样品片放置在小器皿中部。剪取18 cm长的引燃铁丝，在直径约3 mm的铁钉上，将引燃铁丝的中段绕成螺旋形约5～6圈。将螺旋部分紧贴在样品片的表面，两端如图1-2所示固定在电极上。注意引燃铁丝不能与金属器皿相接触。用万用电表检查两电极间电阻值，应不大于20Ω，旋紧氧弹盖，卸