物質(zhì)與氧氣進(jìn)行完全氧化燃燒反應(yīng)時(shí)放出的熱量,通常被稱為燃燒熱。燃燒熱可以用單位物質(zhì)的量、單位質(zhì)量或單位體積的燃料燃燒時(shí)放出的能量計(jì)量。燃燒反應(yīng)通常是烴類在氧氣中燃燒生成二氧化碳、水并放熱的反應(yīng)。燃燒熱可以用彈式量熱計(jì)測(cè)量,也可以直接查表獲得反應(yīng)物、產(chǎn)物的生成焓再相減求得。
所謂完全氧化,對(duì)燃燒產(chǎn)物有明確的規(guī)定,在經(jīng)過(guò)燃燒反應(yīng)后,必須呈顯本元素的最高化合價(jià)。例如,有機(jī)化合物中的碳氧化成一氧化碳不能認(rèn)為完全氧化,只有氧化成二氧化碳才是完全氧化,氫和氧轉(zhuǎn)化成水、氯變?yōu)槁然瘹涞鹊取?/p>
在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,即在25℃,100kPa時(shí),(舊的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)壓力為1 atm=101 kPa,即1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,新的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)壓力改為1 bar=100 kPa)1 mol純物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定的化合物時(shí)所放出的熱量,叫做該物質(zhì)的燃燒熱,單位為kJ/mol。
mol即摩爾(mole),簡(jiǎn)稱摩,舊稱克分子、克原子,是國(guó)際單位制7個(gè)基本單位之一,符號(hào)為mol。每1摩爾任何物質(zhì)(微觀物質(zhì),如分子,原子等)含有阿伏伽德羅常量(約6.02×10??)個(gè)微粒。使用摩爾時(shí)基本微粒應(yīng)予指明,可以是原子、分子、離子及其他粒子,或這些粒子的特定組合體。約6.02×10??個(gè)就是1摩爾,就好比人們常說(shuō)的一打就是指12個(gè),“摩爾”和“打”一樣只是一種特殊的單位量。0.012kg(12克) ??C(碳12)所包含的原子個(gè)數(shù)就是1摩爾。
規(guī)定可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定化合物所放出的熱量為標(biāo)準(zhǔn)。例如:H2S(g)+1/2O2(g)===H2O(l)+S↓; ΔH1,由于生成的S沒有燃燒完全,所以這個(gè)反應(yīng)放出的熱量ΔH1不能作為H2S的燃燒熱,當(dāng)H2S(g)+3/2O2(g)===H2O(l)+SO2(g);ΔH2,這時(shí)水的狀態(tài)為穩(wěn)定的液態(tài),而也生成穩(wěn)定的氧化物SO2,所以這時(shí)的ΔH2就是H2S的燃燒熱。另外,對(duì)于水來(lái)說(shuō),1mol可燃物完全燃燒必須生成液態(tài)水時(shí)放出的熱量才能稱為燃燒熱,氣態(tài)水不可以。
一般來(lái)說(shuō)燃燒熱比較大的物質(zhì)燃燒時(shí)火焰溫度會(huì)比較高。但學(xué)化學(xué)的可能會(huì)遇到燃燒熱最小,火焰溫度卻高的現(xiàn)象。例如乙烯的燃燒熱就比乙炔的高.但是氧炔焰的溫度就比乙烯的高。這是為什么呢,我們儀器來(lái)看一下
乙烯和乙炔燃燒的熱化學(xué)方程式分別為:
2C2H2(g)+5O2(g)=4CO2(g)+2H2O(l);△H=-2600 kJ?mol-1
C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l);△H=-1411 kJ?mol-1
燃燒熱是乙烯 乙炔,但火焰是溫度是乙炔燃燒時(shí)高.乙炔在空氣或氧氣中燃燒,其火焰溫度可高達(dá)3200℃以上。乙炔的燃燒熱雖然比乙烷、乙烯等略低,但在完全燃燒時(shí)的耗氧量卻最少,產(chǎn)生物中的水含量相對(duì)較低,水蒸發(fā)所需熱量損耗較少,因此乙炔燃燒時(shí)能夠得到更高的溫度。
對(duì)熱的測(cè)量是熱力學(xué)中的一種基本測(cè)量需求,量熱法也是一種基本實(shí)驗(yàn)方法。在恒容條件下可以測(cè)得恒容燃燒熱Qv,再根據(jù)熱力學(xué)第一定律換算為恒壓燃燒熱Qp。直接測(cè)量熱實(shí)際上是幾乎不可能的,因?yàn)闊崃康膫鬟f往往表現(xiàn)為溫度的改變,故實(shí)際中往往采用測(cè)量溫差的辦法來(lái)間接測(cè)量熱。
雷諾校正的原理簡(jiǎn)單說(shuō)為低于室溫時(shí)體系吸熱,高于室溫時(shí)體系放熱,若反應(yīng)過(guò)程從低于室溫到高于室溫,期間的吸熱和放熱若能近似相抵,則可以近似看成是絕熱過(guò)程。
本實(shí)驗(yàn)先用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)法來(lái)測(cè)量量熱卡計(jì)的熱容即確定儀器的水當(dāng)量,然后將待測(cè)物(萘)在氧彈中燃燒,達(dá)到測(cè)量萘的燃燒熱的目的。避免環(huán)境與體系間的熱量傳遞。這使得我們無(wú)法準(zhǔn)確地由溫差測(cè)定儀上讀出由于燃燒反應(yīng)所引起的溫度變化ΔT。因此,我們利用雷諾作圖法,即利用扣除背底的方法減少實(shí)驗(yàn)誤差。