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深圳大学实验报告课程名称：物理化学实验（2）实验项目名称：实验一原电池电动势的测定学院：化学与化工学院专业：指导教师：报告人：学号：班级：实验时间：实验报告提交时间：教务部制Ⅰ、目的要求1、测定Cu—Zn电池的电动势和Cu、Zn电极的电极电位。
2、了解可逆电池，可逆电极，盐桥等概念。
3、学会一些电极的制备和处理方法。
Ⅱ、仪器与试剂NDM-1 精密数字直流电压测定仪，标准电池(惠斯登电池) ，铜棒电极，锌棒电极，玻璃电极管2个，饱和甘汞电极，氯化亚汞，洗耳球，小烧杯，细砂纸ZnSO4(0.100moldm-3),CuSO4(0.100 moldm-3) ，KCl(0.100 moldm-3),饱和KCl溶液，稀硫酸、稀硝酸。
Ⅲ、实验原理凡是能使化学能转变为电能的装置都称之为电池(或原电池)。
可逆电池应满足如下条件:(1)电池反应可逆，亦即电池电极反应可逆；(2)电池中不允许存在任何不可逆的液接界；(3)电池必须在可逆的情况下工作，即充放电过程必须在平衡态下进行，即测量时通过电池的电流应为无限小。
因此在制备可逆电池、测定可逆电池的电动势时应符合上述条件，在精确度不高的测量中，用正负离子迁移数比较接近的盐类构成“盐桥”来消除液接电位；用电位差计测量电动势可满足通过电池电流为无限小的条件。
电位差计测定电动势的原理称为对消法，可使测定时流过电池的电流接近无限小，从而可以准确地测定电池的电动势。
可逆电池的电动势可看作正、负两个电极的电势之差。
设正极电势为 φ+，负极电势为 φ-，则电池电动势 E = φ+－ φ- 。
电极电势的绝对值无法测定，手册上所列的电极电势均为相对电极电势，即以标准氢电极作为标准，规定其电极电势为零。
将标准氢电极与待测电极组成电池，所测电池电动势就是待测电极的电极电势。
由于氢电极使用不便，常用另外一些易制备、电极电势稳定的电极作为参比电极。
常用的参比电极有甘汞电极、银-氯化银电极等。
这些电极与标准氢电极比较而得的电势已精确测出，具体的电极电位可参考相关文献资料。
热力学第二定律之我见我一直有这样一个意识，解决问题是人类认识世界的根本动力。
即使是在没有问题亟需解决的的安定情况下输入知识，输出者也难以收到良好效果，因为一来输入者受没有足够的动力去接受，二来输入者可能没有足够的机会和智慧，前者对学习者对问题的解决产生直接的推动作用，后者则让人内化这些知识，即使是在以后遇不到用这些知识求解相应问题的情况下也能够利用其中的一些深刻思想，指导其认识和改造世界的行为。
热力学的产生过程就是一个过程，是人们一直求而不得退求其次，总结理论的过程。
继热力学第一定律说明了第一类永动机——即不需要外加能量源就可以向外不停地输出功并且这个过程可以一直持续下去的机器——是永远不可能被制造出来的以后，人们将注意力投入到了研发这样一类机器——投入一定的热但是在仅依赖于自身的情况下可以对外输出与之相等量的功，这称为第二类永动机——之中，而遗憾的是，这一次人类也没有如愿。
人类已然确信其不违背热力学第一定律，因为热力学第一定律重在阐述任一完整的过程前后发生转移和转化的总能量的量是守恒的，对于能量转化的方向没做要求与限制。
但是他们却一直失败，比如没能够让海水自行温度退降来提供大量的集中的热以进行利用。
过了很久他们根据大量实验总结了一条新的公理，这条公理的提出的初衷，就是用于阐述能量转化的方向性问题，如今其以热力学第二定律的名字而为人熟知。
这个定律有多种表述形式，最著名的两种由Clausius和Kelvin提出。
他们分别审查了Carnot的工作以后，认为其需要一个新的原理，于是提出了自己的热力学第二定律描述。
Kelvin表述：不可能从单一热源吸热使之完全变成有用功而不引起其他变化。
Clausius表述：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。
当然，这两种表述虽然难免在形式上有所不同，但更多更重要的点却是相同的：它们都用的是一个否定形式，这个在数学和物理的描述中是很少见的，尤其是大多数的初等的数学定理和物理结论都是以肯定的形式出现的，区别只是某些量是否具备唯一性而已；它们都用来描述能量转化的方向；它们都强调了“不引起其他变化”的前提条件；等等。
1-甲基-4,5-二硝基咪唑的热分解性能研究陈丽珍;张瑞芬;王建龙;曹端林【摘要】为研究1-甲基-4,5-二硝基咪唑的热分解性能,采用DSC-TG联用仪测试了2.0 K/min,5.0 K/min,10.0 K/min,15.0 K/min的线性升温速率下1-甲基-4,5-二硝基咪唑的热分解过程;用Ozawa法和Kissinger法计算了1-甲基-4,5-二硝基咪唑受热分解反应的动力学参数,进一步计算得到了80℃,100℃和120℃时的反应速率常数和热分解临界爆炸温度.结果表明:用Ozawa法和Kissinger法得到的1-甲基-4,5-二硝基咪唑的分解表观活化能分别为96.43 KJ/mol和92.80 kJ/mol,临界爆炸温度为505.85 K;1-甲基-4,5-二硝基咪唑的热安定性优良.【期刊名称】《中北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(035)001【总页数】4页(P50-53)【关键词】物理化学;1-甲基-4,5-二硝基咪唑;热分解性能【作者】陈丽珍;张瑞芬;王建龙;曹端林【作者单位】中北大学化工与环境学院,山西太原030051;晋西集团技术中心第二研究所,山西太谷030812;中北大学化工与环境学院,山西太原030051;中北大学化工与环境学院,山西太原030051【正文语种】中文【中图分类】TJ55;TQ562咪唑硝基衍生物是近年来世界各国炸药工作者较为关注的一类低感高能炸药［1-6］，在J.R.Cho等人［7］提出1-甲基-2，4，5-三硝基咪唑后，各国研究者就争相对其合成工艺及性质进行了研究.本课题组在对该类化合物进行研究时发现，1-甲基-4，5-二硝基咪唑也是一种高能低感炸药，于是对其合成工艺及性质进行了全面的研究［8-9］.含能材料的热分解性能对其运输、贮存和应用具有重要意义［10-12］，因此本文采用TG-DSC 联用技术研究了1-甲基-4，5-二硝基咪唑的热分解过程，获得了热分解反应的动力学参数.1 实验部分1.1 样品1-甲基-4，5-二硝基咪唑，为自制样品，纯度99% 以上.1.2 仪器及实验条件STA 449C 型热分析仪（德国NETZSCH 公司）.动态气氛N2；升温速率（β）分别为：2.0K／min，5.0K／min，10.0K／min，15.0K／min；升温区间：室温～400 ℃；气体流速：50mL／min；样品质量：11.93～14.58mg.2 确定动力学参数的方法对于炸药的热分解，用非等温法进行动力学研究时，常用Ozawa法和Kissinger 法对试验数据进行分析处理［13-15］.Ozawa法计算公式为Kissinger法计算公式为式中：β为升温速率，K／min；EO，EK为Ozawa法和Kissinger法所求得的表观活化能，J／mol；R为通用气体常数，J／molK；G（α）为动力学机理函数的积分形式；A为指前因子.某温度下的反应速率常数k与反应温度T之间的关系可用Arrhenius公式表示动力学参数计算：根据测试数据，得到不同升温速率（β）下的最大放热温度Tm，按Ozawa法和 Kissinger 法，分别以lg β～ 1／Tm和作图，再以最小二乘法得到相关拟合曲线，求出斜率和截距，从而得到表观活化能E，表观活化因子A及相关系数r.在此基础上，进一步计算某温度下的反应速率常数k.临界爆炸温度（Tbp）按照公式（4）计算.式中：R为气体常数，8.314J／mol K；EK为Kis-singer法计算的表观活化能，J ／mol；TP0为升温速率β→0时的最大放热温度，K，由公式（5）从数据βi，Tmi计算得到.式中：Tmi为升温速率为βi时的最大放热温度，K；b，c为常数.3 结果与讨论3.1 实验结果样品在不同升温速率下的TG 和DSC 曲线见图1 和图2.图1 样品在不同升温速率下的TG 曲线Fig.1 TG curves of sample at different heating rates图2 样品在不同升温速率下的DSC曲线Fig.2 DSC curves of sample at different heating rates由图1可以看出，TG 曲线只有一个台阶，说明样品的分解为一个连续的过程.由图2 可以看出，在每一条DSC 曲线上都有一个吸热峰和一个放热峰，其中吸热峰在352.85～358.55K 之间，为1-甲基-4，5-二硝基咪唑熔融吸热峰；放热峰则在496.55～539.55K 之间，为1-甲基-4，5-二硝基咪唑的热分解放热峰.吸热峰与放热峰相差140K 以上，表明该物质熔融后，在较大的温度范围内是稳定的.与TNT 的热分解性能相比，TNT 的熔点为80.2 ℃，1-甲基-4，5-二硝基咪唑的熔点为79 ℃；当升温速率为10K／min，TNT 在224.16 ℃时，分解速率达到最大［16］，而1-甲基-4，5-二硝基咪唑在同等条件下257.6 ℃分解速率取得最大值.由此可见，1-甲基-4，5-二硝基咪唑的热稳定性优于TNT，有望成为新一代熔铸炸药载体.3.2 动力学参数计算由实验得到不同升温速率下的热分解峰值温度及相关计算结果，如表1 所示.表1 1-甲基-4，5-二硝基咪唑热分解数据表Tab.1 Data of thermal decomposition of 1-methyl-4，5-dinitroimidazole根据不同升温速率（β）下的峰温，按Ozawa法以lgβ～1／Tm作图，再以最小二乘法得到相关拟合曲线，求出斜率，从而得到活化能EO值.按Kissinger法，则以作图，同样求出斜率和截距，从而得到活化能EK值和指前因子AK.再利用公式（3）求得某一温度下的反应速率常数k.计算结果如表2 所示.表2 1-甲基-4，5-二硝基咪唑的热分解动力学参数Tab.2 Thermal decomposition kinetic parameters of 1-methyl-4，5-dinitroimidazole从表2 的分析结果可知，由Ozawa法和Kissinger法求得的E值基本一致，且相关性均较佳；由Kissinger法求得的指前因子A为9.05×106.在此基础上分别计算了80℃，100℃和120 ℃时的热分解反应速率常数，分别为1.70×10-7，9.24×10-7 和4.23×10-6，表明该化合物具有较好的热稳定性.3.3 临界爆炸温度的计算将不同升温速率下的最大放热温度分别代入公式（5），得到联立方程组，求解得到升温速率β→0 时的最大放热温度TP0为482.95K，再将其代入公式（4），求得临界爆炸温度Tbp＝505.85K.4 结论1）TG 曲线表明1-甲基-4，5-二硝基咪唑的热分解反应为连续过程；DSC 曲线表明1-甲基-4，5-二硝基咪唑的熔融温度与热分解温度的差值较TNT 的大，并且1-甲基-4，5-二硝基咪唑的熔融温度与TNT 相当，但其热分解温度高于TNT，从热分解性能看，1-甲基-4，5-二硝基咪唑完全有可能替代TNT，成为新一代熔铸炸药载体.2）在动力学实验数据的基础上，计算了1-甲基-4，5-二硝基咪唑的热分解反应活化能、指前因子及不同温度下的热分解反应速率常数，并进一步计算了热分解临界爆炸温度.计算结果表明1-甲基-4，5-二硝基咪唑是一种热稳定性良好的高能炸药. 参考文献：［1］BracutiA J.Molecular structure of a new potential propellant oxidize 4，5-dinitroimdazole［J］.Journal of Chemical Crystallography，1996，28（5）：367-371.［2］Suwinski J，Salwinska E.Nitroimidazoles，part IX some-reactions of 1，4-DNI［J］.Pol.J.Chem.，1987，61（7-12）：613-920.［3］Grimmett M R，Hua S T，Chang K C，et al.1，4-dinitroimidazole and derivatives.Structure and thermal rearrangement［J］.Aust.J.Chem.，1989，42（8）：1281-1289.［4］Damavarpu R，Jayasuriya K，Theodore V，et al.2，4-dinitroimidazole-A less sensitive explosive and propellant made by thermal rearrangement of molten 1，4-dinitroimidazole：US，5387297［P］.1995. ［5］曹端林，刘慧君，李永祥，等.1，4-二硝基咪唑的合成及其热分解［J］.火炸药学报，2005，28（3）：60-62.Cao Duanlin，Liu Huijun，LI Yongxiang，et al.Synthesis and thermal decomposition of 1，4-dinitromidazole［J］.Chinese Journal of Explosives ＆ 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