物化試驗-燃燒熱的測定

1、實驗 2 燃燒熱的測定姓名：鄧暉；學號： 2010011986；班級：材 03 班；同組實驗人員：覃兆童 實驗日期： 2012-4-14 ；提交報告日期： 2012-4-27 ； 帶實驗的助教姓名：陳雙龍1 引言(簡明的實驗目的 / 原理)1.1 實驗目的1 熟悉彈式量熱計的原理、構造及使用方法。2 明確恒壓燃燒熱與恒容燃燒熱的差別及相互關系。3 掌握溫差測量的實驗原理和技術。4 學會用雷諾圖解法校正溫度改變值。1.2 實驗原理在指定溫度及一定壓力下， 1mol 物質完全燃燒時的定壓反應熱，稱為該物質在此溫度下的摩爾燃燒熱，記作 cHm。通常，完全燃燒是指 S CO2 (g), H2T H20

2、( I), St SO(g), 而N鹵素、銀等元素變?yōu)橛坞x狀態(tài)。由于在上述條件下 H = Qp,因此 cHm也就是該物 質燃燒反應的等壓熱效應 Qp。在實際測量中,燃燒反應在恒容條件下進行(如在彈式量熱計中進行),這樣直接測得的是反應的恒容熱效應 Qv (即燃燒反應的厶cUm)。若反應系統(tǒng)中的氣體均為理想氣體，根 據(jù)熱力學推導, Qp 和 Qv 的關系為Qp QV nRT( 1)式中：T 反應溫度，K ; n 反應前后產(chǎn)物與反應物中氣體的物質的量之差；R 摩爾氣體常數(shù)。通過實驗測得Qv值，根據(jù)上式就可計算出 Qp,即燃燒熱的值。5、TncTiiirn2斗9彈式量熱計的基本原理是能量守恒定律。樣

3、品完全燃燒所釋放的能量使得氧彈本身及同其中的氧彈、測溫器件、攪拌器和水便近似構成一個絕熱體系。測量熱效應的儀器稱作量熱計。量熱計的種類很多。一般測量燃燒熱用彈式量熱計。水桶與外水套之間以空氣隔熱。同時，還對內水桶的外表面進行了電拋光。這樣，內水桶連本實驗所用量熱計和氧彈結構如圖2-2-1和圖2-2-2所示。實驗過程中外水套保持恒溫，內ffl? 5-1 SWPgMf圖哥2 2 覲彈1彈體；P彈幅：34 兜吒閥門：5-血氣閥仃勺 A覽阪：禮燒址從玄景周圍的介質和量熱計有關附件的溫度升高測量介質在燃燒前后的變化值，就可求算該樣品(2)1的恒容燃燒熱。Qv K ? T Qv棉線？ m棉線 Qv點火絲？

4、m點火絲 Mrkg mol- ; K儀Qv棉線,Qv點火絲分別式中：m為待測物的質量，kg ； Mr 為待測物的摩爾質量，器常數(shù)，kJC1 ； T 樣品燃燒前后量熱計溫度的變化值;為棉線和點火絲的恒容燃燒熱（-16736 和一 3243k J kg) m棉線,m點火絲分別為棉線和2-2-1 及圖 2-2-3)點火絲的質量，kg。先燃燒已知燃燒熱的物質（如苯甲酸），標定儀器常數(shù) K,再燃燒未知物質，便可由上式計算出未知物的恒容摩爾燃燒熱，再根據(jù)（1 ）式計算出摩爾燃燒熱。2實驗操作2.1實驗用品、儀器型號及測試裝置示意圖2.1.1實驗用品彈式量熱計1套；2000ml容量瓶1個；1000ml容量瓶

5、1個；水盆1個（容量大于 3000ml）;電腦一臺（用于采集數(shù)據(jù)）；壓片機、鎳絲、棉線、萬用表、分析天平、剪刀、氧氣瓶及減 壓閥公用。萘（AR；苯甲酸（AR。2.1.2儀器型號SR-1數(shù)顯熱量計控制器;氮氧式熱量計。2.1.3測試裝置示意圖（如圖2.2實驗條件（實驗溫度、濕度、壓力等）室溫、常壓2.3實驗操作步驟及方法要點實驗操作步驟方法要點1儀器常數(shù)的測定1、樣品要適量，太多太少都樣品準備會造成誤差。取合適長度鎳絲和棉線各一根，分別在分析天平上準確2、棉線要綁牢樣片，否則操稱量。作過程中容易脫落。在臺秤上稱量0.8g左右的苯甲酸，在壓片機上壓成片3、注意檢查氧彈內各個部狀，取出藥片并輕輕去掉

6、粘附在藥片上的粉末，用稱好的棉件及點火絲，不要使電極線捆綁在藥片上，固定好。將鎳絲穿入棉線，在分析天平上兩端短路，保證電流通過準確稱量。點火絲。將苯甲酸片上的鎳絲固定在氧彈的兩根電極上，如圖4、氧彈充氣過程中，人員應2-2-3，用萬用表檢查是否通路。確認通路后旋緊彈蓋，通入站在側面，一只手要始終1.0MPa氧氣，然后將氧彈放入內水桶，接上點火電極。抓住充氣閥，以免意外情儀器準備況下彈蓋或閥門向上沖打開量熱計電源，開動攪拌，將溫度傳感器置于外水套出，發(fā)生危險。中，觀察溫度顯示。待溫度穩(wěn)定后，記卜溫度。5、在步驟2中用水盆調節(jié)水用水盆接取自來水（大于3000ml）,將溫度傳感器放入溫，水溫調好后應

7、迅速量水盆中，不斷攪動，通過加入涼水或熱水調節(jié)水溫，使溫度取，不要放置時間過長，低于外水套0.8-0.9 C左右。準確量取 3000ml，倒入內桶。以免水溫變化過大。6、對棉線和鎳絲的量取不能過少也不能過多，應當適量1Hc rD1LBtMIM-27 Ur&Kd li燃燒測量蓋上桶蓋，將溫度傳感器插入內桶，開動攪拌。打開計 算機選擇數(shù)據(jù)采集，單擊計算機界面中開始。 觀察溫度顯示， 當溫度沒有變化，走過一段平穩(wěn)的基線后（2分鐘左右），按下點火鍵，如果點火成功，過半分鐘左右溫度應升高。溫度 不再升高后，繼續(xù)記錄一段水平線，再將鉑電阻溫度計探頭 放入外水套中，直到溫度沒有變化（溫度曲線為水平狀

8、），單擊完成，并命名存盤。停止攪拌，取出氧彈，放出燃燒廢氣，打開蓋子，觀察 燃燒是否完全，取出剩余鎳絲準確稱量（去掉有熔融小球）。取出并擦凈氧彈，小心取下攪拌放好，將內水套桶中的水倒 入水盆中，擦凈水桶。2.未知物測量取0.6g左右的萘，同上述操作方法。3結果與討論3.1實驗數(shù)據(jù)處理3.1.1實驗室電腦數(shù)據(jù)處理方法選擇并雙擊物理化學實驗，選擇并雙擊燃燒焓測定，輸入鎳絲、棉線、剩余鎳絲、總質量及標準只樣品和被測樣品的摩爾質量，點擊打開，選擇并打開文件，交替移動光標1和2到點火前一段平穩(wěn)的基線位置，點擊線性擬合1，交替移動光標1和2到完全燃燒后溫度不變的位置（水平線位置），點擊線性擬合 2,交替移

9、動光標移動到外套水溫曲線位置，點擊 線性擬合3,移動光標，將綠色光標放在擬和曲線3與升溫曲線的交點上，藍色光標放在升 溫曲線上的任何位置，點擊計算H ;如果線性擬合交點不理想，點擊刷新，移動光標重新擬合。確定后，點擊提交，峰高值就會顯示出來。兩條曲線都處理完成后，點擊計算處理， 就可以得到被測樣品的燃燒焓值。這樣做是因為使內水桶完全絕熱是很困難的，總會有內外水套之間的熱交換。為了校正這部分熱損失，需在升溫曲線上找出與外水套溫度相等的點，過此點作垂線與曲線的兩條始末階段直線的外延線相交于兩點，此二點之間的距離即為校正后的h值。3.1.2實驗室計算機處理結果苯甲酸被測樣品萘鎳絲0.0261g鎳絲0

10、.0250g棉線0.0129g棉線0.0092g制片后總重0.8755g制片后總重0.6629g反應后鎳絲質量0.0185g反應后鎳絲質量0.0222g外桶溫度21.636 C外桶溫度21.847 CM1122.12M2128.17曲線峰高134.6237曲線峰高151.5822被測物質燃燒焓=5095.4729kJ/mol3.1.3其他數(shù)據(jù)項目數(shù)值（單位）棉線燃燒內能變1-16736 kJ kg 1鎳絲燃燒內能變1-3243 kJ kg苯甲酸燃燒內能變1-26487 kJ kg 1苯甲酸在298.2K時的燃燒熱Qp= 3226.9kJ mol 13.2利用公式計算的數(shù)據(jù)、結果3.2.1用or

11、igin軟件擬合如下圖 苯甲酸曲線峰高132.61mV,萘曲線峰高152.60mV。550500 -450-(257.5 L5g7 01(257.51,487.17)(257,51.434 79)40G 1-r11105001000圖1苯甲酸電勢隨時間變化圖650-1500-550 -500 -JL(259.46,482 47)450 -|1j0 200400600時 fHj/s10001200由圖1和圖2可以看出:圖2萘的電勢隨時間變化圖322計算數(shù)據(jù)（1）先由苯甲酸曲線峰高計算儀器常數(shù)K，將實驗數(shù)據(jù)帶入公式：Qv K? T Qv 棉線？ m棉線 Qv點火絲？ m點火絲 Mr知道以下數(shù)據(jù)：苯

12、甲酸總質量m=0.8365g,Mr =122.12g，Qp=-3226.9kJ/mol，m棉線= 0.0129g，m鎳絲（燃燒部分）=0.0076g ；由公式：Qp QvnRT且化學反應式：C6H5COOH （固）O2（氣）7CO2（氣）3H2O（液）2Qv=-3226.0- （-0.5）*8.314*298.2/1000=-3225.7 kJ/mol進一步計算得到 K=-168.43J/mv電位差（2 ）由K計算萘的燃燒熱知道以下數(shù)據(jù)： m=0.6287g，Mr=128.17g，m 棉線=0.0092g,m鎳絲(燃燒部分) =0.0028g ；得到 Qv=-5206.6kJ。反應方程式為：C

13、10 H8 (s) + 12 O2 (g) = 10 CO 2 (g) + 4 H2 O(l) ， n 2molQp QvnRT =-5211.5kJ/mol。3.3討論分析（1） 萘摩爾燃燒焓的文獻值為-5153.9 kJ/mol （ 298.15K，101325Pa）:采用計算機軟件進行數(shù)據(jù)處理得到的結果為-5095.4729kJ/mol，相對偏差為1.13%;運用公式計算得到的結果為-5211.5kJ/mol，相對偏差為1.12%?？梢娪嬎憬Y果較精確。（2）誤差分析：本實驗中測量步驟較多，易引起誤差；但認為操作時誤差來源的關鍵，如 燃燒未完全，內桶未完全絕熱，調節(jié)水溫后因放置時間太久而又

14、引起溫差等等。（3）數(shù)據(jù)擬合：此實驗中選取線段擬合非常的關鍵，因為在其他條件不變的情況下，任意 改變一個點的位置， 所得的直線差別很大， 最后所算的的燃燒熱差別則將進一步擴大， 所以 選取適當?shù)木€段擬合非常關鍵。（4）點火常出現(xiàn)問題，若點火未成功，一般有以下幾個原因： 深入彈體內部的電極和氧彈壁接觸短路； 連接燃燒絲的電爐斷了，應用萬用表檢查； 彈內氧氣不足，應取出氧彈檢查；樣品脫落，未燃燒成功。（5）實驗成功的關鍵首先是水溫的調節(jié)，要使水的溫度低于外水套溫度約0.6 C左右，但水加入儀器中之后會有一定地升高，因而在調節(jié)水溫的時候應該使水的溫度低于外水套溫度約0.6-0.7 C左右，溫度調節(jié)的

15、比較準確是這次實驗比較成功的主要原因。 另一個重要因素是棉線的選取。 棉線 的引入是造成誤差的重要因素， 因此應該選取少量棉線， 以滿足固定藥片的要求即可， 質量 過大的棉線和鎳絲則在反應中不能被忽略， 也會影響實驗結果。 實驗中還忽略了溫度對恒溫 熱容的影響。 應該說這些是實驗本身的系統(tǒng)誤差， 但在實驗過程中必須盡可能減少誤差。 這 次測定燃燒焓誤差允許在 10%以內，實驗結果還是比較令人滿意的。4 結論（1）通過用已知物質苯甲酸測量，對儀器常數(shù)進行標定，測得待測物質萘的燃燒焓為 -5211.5kJ/mol 。（2）通過這個實驗，特別對雷諾圖解法有了更進一步的了解，對數(shù)據(jù)的處理有了更好的掌

16、握等。5 參考文獻1 北京大學化學院物理化學實驗教學組 物理化學實驗 北京：北京大學出版社， 2002 4445.2 清華大學化學系物理化學實驗編寫組 . 物理化學實驗 . 北京：清華大學出版社， 1991:26-37.3 復旦大學等物理化學實驗北京：高等教育出版社，1992 43 47.6 附錄6.1 思考題1. 本實驗中如何考慮系統(tǒng)與環(huán)境？系統(tǒng)與環(huán)境通過哪些途徑進行熱交換？這些熱交換 對結果影響怎樣？如何校正？ 答：本實驗的研究系統(tǒng)是量熱器內筒，環(huán)境為內筒之外的空間。系統(tǒng)可選為內水桶本 身及其內部裝的水、氧彈式量熱器以及其中的全部藥品設備、外加內水桶配套的攪拌器 等設備；環(huán)境則是外水槽及其內部裝的水。通過熱輻射、熱傳導進行熱交換，損失一部 分熱量，可能引起實驗結果偏低。我們是通過雷諾圖解法校正的。2. 使用氧氣應注意那些問題？答：