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二、实验原理
1mol物质完全氧化时的反应热称为燃烧热。所谓完全氧化是指C→CO2(g),H→H2O(l),S→SO2(g),N、卤素、Ag等元素变为游离状态。
例如:在25℃、1.01325×105Pa下苯甲酸的燃烧热为-3226.9 kJ/mol,反应方程为
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利用燃烧热的数据可以计算化学反应的反应热,即
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对于有机化合物,通常利用燃烧热的基本数据求算反应热。燃烧热的测定,是让燃烧反应在恒容条件下进行,用氧弹量热计测出的是恒容燃烧热QV(ΔU),但常用的数据为恒压燃烧热Qp(即ΔH),对于理想气体,根据热力学推导,Qp与QV的关系是
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式中:Δn为产物中气体的总物质的量与反应物中气体总物质的量之差;R为气体常数;T为反应温度,用绝对温度表示。
通过实验测得QV值,根据上述关系可计算出Qp值。
本实验中测量的基本原理是能量守恒定律。先在盛水容器中放入装有样品和氧气的密闭氧弹,以燃烧丝引火,使m(g)样品完全燃烧,放出的热量全部传给水和仪器,使温度上升。若已知水量为a(g),水的比热容为C[J/(g·℃)],仪器的总热容为C总(量热计中氧弹、水桶每升高1℃所需的总热量,J/℃),燃烧丝燃烧热为q(J/cm),引火燃烧丝长度为h(cm),始末温度分别为t0、tn,则m(g)物质的恒容热符合以下关系
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该物质的摩尔燃烧热为
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式中:W为样品质量;M为该物质的摩尔质量。
若每次实验时水量相等,对同一台仪器C总不变,则(Ca+C总)可视为定值K,上式改为
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式中:K为量热计的常数,J/℃;Δt为始末温差,Δt=tn-t0。
量热计的常数K的求法:用已知燃烧热的物质(本实验用苯甲酸)放在量热计中燃烧,测其始末温度,求出Δt,而M、W、q、h均为已知数,再根据式(2-2-4)即可求出K。
由于燃烧丝热量远小于样品放热量,可忽略不计,则式(2-2-4)可简化为
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K值求出后,用同一方法测定蔗糖(C12H22O11)燃烧时的恒容热效应QV,再根据
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即可求出蔗糖的燃烧热=Qp=QV+RTΔn。