Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

6.8: 恒压量热法
目录

JoVE Core
Chemistry

A subscription to JoVE is required to view this content. You will only be able to see the first 20 seconds.

Education
Constant Pressure Calorimetry
 
文字本

6.8: 恒压量热法

量热法是一种用于测量化学或物理过程中涉及的热量或测量传递至物质或从物质传递的热量的技术。热量通过称为热量计的已校准且绝缘的设备进行交换。量热实验基于这样的假设,即绝缘量热仪与外部环境之间没有热交换。绝缘良好的量热计可防止热量在量热计与其外部环境之间传递,从而有效地限制了“周围环境”。量热仪中的非系统组件(以及量热仪本身)。这样可以准确确定化学过程中涉及的热量,例如食品的能量含量。

通过量热仪测量的温度变化可用于得出所研究过程传递的热量。在量热仪中,系统定义为发生化学或物理变化的一种或多种物质,或者换句话说,是反应,并且周围环境都是所有其他物质,包括溶液和量热仪中提供热量的任何其他成分进入系统或从系统吸收热量。

在讨论化学反应的量热法之前,请考虑一个更简单的示例,它说明了量热法背后的核心思想。假设将高温的高温金属放在诸如冷水之类的低温物质中。热量将从铁水流到水中。金属的温度将降低,水的温度将升高,直到两种物质具有相同的温度-即达到热平衡为止。如果这在热量计中发生,则所有热量都在两种物质之间传递,而其外部环境不会吸收或损失热量。在这些理想情况下,净热变化为零:

Eq1

可以重新安排这种关系,以表明金属获得的热量等于水所散失的热量:

Eq2

因此,两种物质的热量(变化)大小相同。负号仅表示 q metal q 在热流方向上相反(增益或损耗),但未表示 q 值的算术符号(根据定义,该值取决于所讨论的问题是变热还是变热)。在所描述的特定情况下, q metal 是负值,而 q 是正值,因为热量是从金属转移到水中。

使用量热法确定化学反应中涉及的热量时,适用相同的原理。量热仪吸收的热量通常足够小,以至于通常可以忽略不计,并且量热仪可以最大程度地减少与外界环境的能量交换。当热量计中的溶液发生放热反应时,反应产生的热量会被溶液吸收,从而使温度升高。当发生吸热反应时,所需的热量会从溶液的热能中吸收,从而降低溶液的温度。温度变化(Δ T )以及比热( c soln )和溶液质量( m < / em> soln ),然后可以用来计算这两种情况下的热量( q soln )。

Eq3

简单的量热仪&mdash;称为咖啡杯量热仪-由两个嵌套的聚苯乙烯杯构成,并用一个松散的盖子封闭。咖啡杯量热仪用于测量溶液(主要是水溶液)中发生的反应热,其体积变化不大或变化很小。由于在化学反应过程中既不会产生能量也不会破坏能量,因此在反应(“系统”)中产生或消耗的热量 q rxn ,以及吸收的热量或解决方案(“周围环境”)丢失的 q soln 必须加起来为零:

Eq4

这意味着反应中产生或消耗的热量等于溶液吸收或损失的热量:

Eq5

咖啡杯量热仪是恒压量热仪,测得的反应热等于焓变。

“

本文改编自 Openstax,化学2e,第5.2节:量热法


建议阅读
Waiting X
simple hit counter