自动反应量热仪在酸碱中和反应体系中的验证

在化学研究领域，准确测量化学反应过程中的热效应具有至关重要的意义。化学反应的热效应不仅反映了反应的能量变化规律，还能为反应机理研究、工艺优化以及工业生产设计提供关键的数据支撑。酸碱中和反应作为一类常见的化学反应，其热效应的准确测定一直是化学研究与工业应用中的重要课题。

NaOH与乙酸（CH₃COOH）的中和反应是典型的酸碱反应，反应过程中会释放出热量。然而，由于乙酸属于弱酸，其与强碱性的NaOH反应时，热效应会受到电离平衡等因素的影响，使得反应热的准确测量存在一定难度。反应量热仪作为一种能够精确测量化学反应热效应的专业仪器，能够实时捕捉反应过程中的温度变化，并通过计算得到反应的热参数，为深入研究酸碱中和反应的热化学特性提供了可靠的技术手段。

图1 中科热仪RC-117型自动反应量热仪

中科热仪的RC-117型自动反应量热仪是基于热平衡原理构建的精密测量系统，能够实现反应工艺过程的动态模拟与实时放热测量，进一步为工艺热风险评价和反应机理的热分析提供丰富的数据。

反应量热仪由反应釜系统、温度控制单元、校正加热单元、进样系统、数据采集与分析软件等部分构成，具备以下的优势特点：

• 支持等温、恒温、扫描等多种运行模式；

  
  

• 配备高性能动态循环油浴，可实现±0.1K的高精度控温；

• 具备热流、补偿功率、回流三种量热方式，可依据具体实验需求灵活挑选，满足不同反应体系的差异化要求，确保结果的准确性与可靠性；

• 通过质量或体积实现自动加料，进样过程精准可控；

• 反应釜盖包含1个固体进样口、多个液体可复用进样口，控制系统最大可支持4路液体自动进样通道。

1.实验条件

测试仪器：中科热仪RC-117型自动反应量热仪

测试方法：热流法

实验样品：

      反应釜内初始物料：NaOH溶液(反应前浓度：~1.811mol/L)

      加料物料：乙酸（反应前浓度：~1.2952mol/L）

实验温度：20 ℃

进料速率：5.0 g/min

搅拌转速：140 r/min

2.实验结果

图2 夹套温度、样品温度-时间曲线

图3 反应放热、进样质量-时间曲线

图2-图5为RC-117型自动反应量热仪实时采集到的中和反应的热参数与时间的关系曲线。在实验初始阶段，反应釜内的温度温度在20℃；随着乙酸的加入，反应体系开始释放热量，温度逐渐升高；在加料停止时，热流信号迅速减弱，样品温度也开始降低。加入的乙酸与NaOH以1：1的化学计量比反应，NaOH过量剩余，曲线反映出了反应受投料质量及速率控制的特性。

图4 比热容、UA-时间曲线

图5 物料累积、转化率、热失控温度-时间曲线

反应量热仪自带的软件能够对曲线进行快速分析，通过标定、计算可获得反应的热行为信息，如表1所示。研究表明，只有强酸与强碱的稀溶液反应才能保证中和热约为57.3 kJ/mol，而弱酸或弱碱在中和反应中由于电离吸收热量，其中和热小于57.3 kJ/mol。根据表中结果所示，本次实验测量的NaOH与乙酸中和反应的中和热为55.78 kJ/mol，与理论上弱酸与强碱的中和热数值基本符合。

表1 酸碱中和反应放热测量数据