咖啡杯和炸弹量热法
量热计是一种用于测量化学反应中热流量的装置。两种最常见的量热计是咖啡杯量热计和弹式量热计。
咖啡杯热量计
咖啡杯热量计本质上是一个带盖的聚苯乙烯（聚苯乙烯泡沫塑料）杯。杯子部分充满已知体积的水，温度计插入杯盖，使其灯泡低于水面。当咖啡杯量热计中发生化学反应时，反应热被水吸收。水温的变化用于计算反应中吸收（用于制造产品，因此水温降低）或释放（流失到水中，因此水温升高）的热量。
使用以下关系式计算热流：
q=（比热）x m xΔt
式中，q为热流，m为质量，单位为克，Δt为温度变化。比热是将1克物质的温度升高1摄氏度所需的热量。水的比热为4.18 J/（g·C）。
例如，考虑在200克水中发生的化学反应，初始温度为25℃。反应允许在咖啡杯量热计中进行。反应的结果是，水的温度变为31.0 C。计算热流：
Q水=4.18焦耳/（克·摄氏度）x 200克x（31.0摄氏度-25.0摄氏度）
qwater=+5.0 x 103焦耳
反应产物释放出5000 J的热量，这些热量损失到水中。反应的焓变ΔH的大小与水的热流相等，但符号相反：
ΔHreaction=-（qwater）
回想一下，对于放热反应，ΔH<0，qwater为正。水从反应中吸收热量，温度升高。对于吸热反应，ΔH>；0，qwater为负。水为反应提供热量，温度下降。
弹式热量计
咖啡杯热量计非常适合测量溶液中的热流，但它不能用于涉及气体的反应，因为气体会从杯子中逸出。咖啡杯热量计也不能用于高温反应，因为它们会融化咖啡杯。弹式热量计用于测量气体和气体的热流高温反应。
炸弹式热量计的工作方式与咖啡杯式热量计相同，但有一个很大的区别：在咖啡杯式热量计中，反应发生在水中，而在炸弹式热量计中，反应发生在密封的金属容器中，该容器放在水中的绝缘容器中。反应产生的热流穿过密封容器的壁流向水。测量水的温差，就像测量咖啡杯热量计一样。与咖啡杯热量计相比，热流分析更为复杂，因为必须考虑进入热量计金属部件的热流：
Q反应=-（qwater+qbomb）
式中，qwater=4.18 J/（g·°C）x mwater xΔt
炸弹有固定的质量和比热。炸弹的质量乘以其比热有时被称为量热计常数，用符号C表示，单位为焦耳/摄氏度。量热计常数是通过实验确定的，不同的量热计会有所不同。炸弹的热流为：
qbomb=C xΔt
一旦热量计常数已知，计算热流就很简单了。弹式热量计内的压力在反应过程中经常发生变化，因此热流的大小可能不等于焓变化。
- 发表于 2021-10-15 21:12
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- 分类：数学
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