燃燒熱的測定實(shí)驗(yàn)報(bào)告二

1、。華南師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 明確燃燒熱的定義，了解恒壓燃燒熱和恒容燃燒熱的差別和聯(lián)系；.掌握量熱技術(shù)的基本原理，學(xué)會(huì)測定萘的燃燒熱；.了解氧彈卡計(jì)主要部件的作用，掌握卡計(jì)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)；.學(xué)會(huì)用雷諾圖解法校正溫度變化。二、實(shí)驗(yàn)原理燃燒熱是指1 摩爾物質(zhì)完全燃燒時(shí)所放出的熱量。 在恒容條件下測得的燃燒熱稱為恒容燃燒熱（Qv）,恒容燃燒熱這個(gè)過程的內(nèi)能變化（AU）0在恒壓條件下測得的燃燒熱稱為恒壓燃燒熱（ Qp ） ， 恒壓燃燒熱等于這個(gè)過程的熱焓變化（H）o若把參加反應(yīng)的氣體和反應(yīng)生成的氣體作為理想氣體處理，則有下列關(guān)系式：cHm = Qp =Qv + MRT。量熱反應(yīng)測量的基本原理為能量

2、守恒定律。熱是一個(gè)很難測定的物理量，熱量的傳遞往往表現(xiàn)為溫度的改變， 而溫度卻很容易測量。 本實(shí)驗(yàn)采用氧彈熱量計(jì)為測量儀器。 氧彈是一個(gè)特制的不銹鋼容器， 為了保證樣品完全燃燒， 氧彈中應(yīng)充以高壓氧氣（或者其他氧化劑） ，還必須使燃燒后放出的熱量盡可能全部傳遞給量熱計(jì)本身和其中盛放的水，而幾乎不與周圍環(huán)境發(fā)生熱交換。在盛有定水的容器中， 樣品物質(zhì)的量為 n 摩爾， 放入密閉氧彈充氧， 使樣品完全燃燒，放出的熱量傳給水及儀器各部件，引起溫度上升。設(shè)系統(tǒng)（包括內(nèi)水桶，氧彈本身、測溫器件、攪拌器和水）的總熱容為C （通常稱為儀器的水當(dāng)量，即量熱計(jì)及水每升高1K 所需吸收的熱量） ，假設(shè)系統(tǒng)與環(huán)境之間

3、沒有熱交換，燃燒前、后的溫度分別為 T1 、 T2 ，則此樣品的恒容摩爾燃燒熱為 :ocC（T2 Ti）QV,mn式中，Qvm為樣品的包容摩爾燃燒熱（J mol-1） ；n為樣品的摩爾數(shù)（mol）；C為儀器的總熱容（J K-1或J / C）。上述公式是最理想、最簡單的情況。圖1氧彈量熱計(jì)構(gòu)造示意圖圖1,氧彈2、內(nèi)水楣量幅器）3、電極 明溫度計(jì).攪拌器仇恒溫外套2氧強(qiáng)構(gòu)造示意國一厚壁圓茴5 2-強(qiáng)蓋.3 一螺帽；4 一迸氣孔+ 排氣孔J 6-電極一自一電極（也是進(jìn)氣管4但是，由于氧彈量熱計(jì)不可能完全絕熱，熱漏在所難免。因此，燃燒前后溫度的變化不能直接用測到的燃燒前后的溫度差來計(jì)算，必須經(jīng)過合理的

4、雷諾校正 才能得到準(zhǔn)確的溫差變化。此外多數(shù)物質(zhì)不能自燃，如本實(shí)驗(yàn)所用蔡，必須借助 電流引燃點(diǎn)火絲，再引起蔡的燃燒，因此，必須把點(diǎn)火絲燃燒所放熱量考慮進(jìn)去就下式nQV,mm點(diǎn)火絲Q點(diǎn)火絲CAT式中：m點(diǎn)火絲為點(diǎn)火絲的質(zhì)量，Q點(diǎn)火絲為點(diǎn)火絲的燃燒熱，為-6694.4T為校正后的溫度升高值。儀器熱容的求法是用已知燃燒焓的物質(zhì)（如本實(shí)驗(yàn)用苯甲酸），放在量熱計(jì)中燃燒，測其始、末溫度，經(jīng)雷諾校正后，按上式即可求出 C。雷諾校正 ：消除體系與環(huán)境間存在熱交換造成的對體系溫度變化的影響。方法：將燃燒前后歷次觀察的貝氏溫度計(jì)讀數(shù)對時(shí)間作圖，聯(lián)成FHDG 線如圖2 -1-2。圖中H相當(dāng)于開始燃燒之點(diǎn)，D點(diǎn)為觀察到

5、最高溫度讀數(shù)點(diǎn)，將 H所對應(yīng)白溫度T1, D所對應(yīng)白溫度T2,計(jì)算其平均溫度，過T點(diǎn)作橫坐標(biāo)的 平行線，交FHDG線于一點(diǎn)，過該點(diǎn)作橫坐標(biāo)的垂線a,然后將FH線和GD線外延交a線于A、C兩點(diǎn),A點(diǎn)與C點(diǎn)所表示的溫度差即為欲求溫度的升高To圖中 AA 表示由環(huán)境輻射進(jìn)來的熱量和攪拌引進(jìn)的能量而造成卡計(jì)溫度的升 高，必須扣除之。 CC 表示卡計(jì)向環(huán)境輻射出熱量和攪拌而造成卡計(jì)溫度的降 低，因此，需要加上，由此可見， AC 兩點(diǎn)的溫度差是客觀地表示了由于樣品燃 燒使卡計(jì)溫度升高的數(shù)值有時(shí)卡計(jì)的絕熱情況良好，熱漏小，而攪拌器功率大，不斷稍微引進(jìn)熱量，使得燃燒后的最高點(diǎn)不出現(xiàn)， 如下方右圖， 這種情況下

6、T 仍可以按同法校正之。I里某我差的的雷考嘎工芭卡里魏夏百時(shí)的曾諾控匹圖三、實(shí)驗(yàn)儀器和試劑儀器：外槽恒溫式氧彈卡計(jì)（一個(gè)）；氧氣鋼瓶（一瓶）；壓片機(jī)（2臺）；數(shù)字式貝克 曼溫度計(jì)（一臺）；0100 c溫度計(jì)（一支）；萬用電表（一個(gè)）；扳手（一把）；試齊I：蔡（A .R）;苯甲酸（A.R或燃燒熱專用）；鐵絲（10cm長）；四、實(shí)驗(yàn)步驟.氧彈卡計(jì)和水的總熱容C測定樣品壓片稱取苯甲酸約0.8g ,準(zhǔn)確稱取約10cm長的點(diǎn)火絲，壓片，將點(diǎn)火絲綁在 樣品上，準(zhǔn)確稱取其質(zhì)量。裝置氧彈，充氧氣把盛有苯甲酸片的培竭放于氧彈內(nèi)的培竭架上，連接好點(diǎn)火絲。蓋好氧彈，與減壓閥相連，充氣到彈內(nèi)壓力為 10MPa為止。燃

7、燒熱溫度的測定把氧彈放入量熱容器中，加入3000ml水。插入數(shù)顯貝克曼溫度計(jì)的溫度探頭。接好電路，計(jì)時(shí)開關(guān)指向“半分”，點(diǎn)火開關(guān)到向“振動(dòng)”，開啟電源。約 10min后，若溫度變化均勻，開始讀取溫度。讀數(shù)前 5s振動(dòng)器自動(dòng)振動(dòng)，兩次 振動(dòng)間隔1min ,每次振動(dòng)結(jié)束讀數(shù)。在第10min讀數(shù)后按下“點(diǎn)火”開關(guān)， 同時(shí)將計(jì)時(shí)開關(guān)倒向“半分”，點(diǎn)火指示燈亮。加大點(diǎn)火電流使點(diǎn)火指示燈熄滅， 樣品燃燒。燈滅時(shí)讀取溫度。溫度變化率降為0.05 C min-1后，在記錄10個(gè)數(shù)據(jù)，關(guān)閉電源。先取出貝克曼溫度計(jì)，再取氧彈，旋松放氣口排除廢氣。稱 量剩余點(diǎn)火絲質(zhì)量。清洗氧彈內(nèi)部及培竭。.蔡的包容燃燒熱的測定取蔡

8、0.5g壓片，重復(fù)上述步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄燃燒過程中溫度隨時(shí)間變化 的數(shù)據(jù)。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與處理.文獻(xiàn)值恒壓燃燒熱kcal/molkJ/molJ/g測定條件苯甲酸-771.24-3226.9-26410p?,25 c蔡-1231.8-5153.89-40205P?,25 c.實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)室溫：25.00 C點(diǎn)火絲：0.0128g苯甲酸+點(diǎn)火絲（精測）:0.7363g點(diǎn)火后剩余：0.0093g苯甲酸凈含量：0.7235g點(diǎn)火絲消耗質(zhì)量：3.5 X10-3 g時(shí)間/t(30s溫度/T( C ) 時(shí)間/t(30s溫度/T( C)時(shí)間/t(30s溫度/T( C )每次）每次每次）125.8271727.9

9、723327.170225.8281826.9723427.169325.8721927.0573527.170425.8262027.0813627.170525.8252127.1003727.170625.8252227.1173827.169725.8222327.1293927.169825.8212427.1394027.167925.8192527.1474127.1661025.8192627.1534227.1641125.8862727,1574327.1631226.0692827.1614427.1621326.3732927.1634527.1621426.63330

10、27.1654627.1611526.7923127.1674727.1591626.8873227.1684827.158點(diǎn)火絲：0.0107g泰+點(diǎn)火絲（精測）:0.5289g點(diǎn)火后剩余：0.0089g蔡凈含量：0.5182g點(diǎn)火絲消耗質(zhì)量：1.8X10-3 gO時(shí)間/t（30s每次）溫度/T( C )時(shí)間/t（30s每次溫度/T( C)時(shí)間/t（30s每次）溫度/T( C )126.4321327.1872527.865226.4241427.4162627.868326.4171527.5722727.871426.4001627.6562827.870526.4061727.7252

11、927.870626.3991827.7643027.870726.3951927.7973127.169826.3912027.8223227.166926.3872127.8373327.1661026.3842227.8473427.1651126.4222327.856351226.7712427.86136.雷諾校正圖（蔡）雷諾溫度校正圖2827.727.4C 度 27.1溫26.826.526.2y = -0.0051X + 26.432E1R2 = 0.9225B10510152025303540時(shí)間/30sT=27.125 CF點(diǎn)對應(yīng)的溫度為：27.884 C E1點(diǎn)對應(yīng)的溫度

12、為：26.367 C所以T=1.517 C(苯甲酸)雷諾溫度校正圖時(shí)間/30sT=26.4945 CF點(diǎn)對應(yīng)的溫度為：27.194 C E1點(diǎn)對應(yīng)的溫度為：25.815 C所以T=1.379 C.計(jì)算卡計(jì)熱容C苯甲酸的燃燒反應(yīng)方程式為：C 區(qū)優(yōu)十?7。0：缶)+ 3生。(6 4二二-32269 kJ mob -當(dāng)室溫為25.0 C 時(shí)苯甲酸的燃燒始為：AcHm (25.0 C) =-3226.9 kJ/mol.苯甲酸的包容摩爾燃燒熱為：Qv = AcUm=AcHm- RTZBVB(g)= -3226.9 8.314 X298.15 X(7-7.5) M0-3-3225.66 kJ/molnQV

13、,mm點(diǎn)火絲Q點(diǎn)火絲CAT苯甲酸燃燒的數(shù)據(jù)處理:Qv點(diǎn)火絲 m 點(diǎn)火絲=-6694.4 M0-3 M.5X10-3 =-0.02343 kJ-nQv,m Q絲？ m絲C0.7237 (-3225.66) (-0.02343)122.12=13.879 kJ/ C1.3794.蔡的包容摩爾燃燒熱Qv, m根據(jù)公式：nQv = -C AT -Qv點(diǎn)火線m點(diǎn)火線泰燃燒的數(shù)據(jù)處理：Qv點(diǎn)火絲 m 點(diǎn)火絲=-6694.4 X10-3 X1.8 X10-3 =-0.01205 kJQv, m - (-C AT -Q v點(diǎn)火線m點(diǎn)火線)/n-13.8791.517 0.012050.5182= 5210.7

14、89kJ/mol128.185.蔡的恒壓摩爾燃燒熱 Qp , m (即cHm)蔡燃燒的化學(xué)方程式為：C10H8 s 12。2 g10CO2 g 4H2O lB(g)2,B. 25.0 C時(shí)蔡的燃燒始為： cHm (26.0 C) =AcUm + RTZiVB(g)= 5210.789 +8.314 298.15 X(-2) X10-3= 5215.747 kJ/mol工 4.| 5215.747 ( 5153.9)|相對誤差： 100% =1.2%5153.9六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論.實(shí)驗(yàn)誤差來源分析實(shí)驗(yàn)求得票的燃燒熱Qp實(shí)與文獻(xiàn)值的誤差為1.2% (小于3%),實(shí)驗(yàn)結(jié)果較 為準(zhǔn)確。產(chǎn)生誤差的原因除

15、了儀器誤差之外，主要還有以下幾個(gè)方面：使用雷諾圖解法時(shí)，要做切線，切線分別表示正常溫度上升和量熱系統(tǒng)溫 度降低，切線擬合的結(jié)果對 AT的影響很大，此次實(shí)驗(yàn)結(jié)果很大程度上取決于這 一步數(shù)據(jù)處理。蔡為易揮發(fā)性物質(zhì)，壓片稱量后應(yīng)該迅速放入氧彈中，以免因揮發(fā)而損失 過多的質(zhì)量，給實(shí)驗(yàn)帶來誤差，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏大。氧彈內(nèi)可能存在少量空氣，空氣中 N2氧化生成硝酸會(huì)產(chǎn)生熱量，精確測 量時(shí)要減去這部分熱量。若試樣未完全燃燒，造成的影響很大，若有明顯的黑色殘?jiān)?，?shí)驗(yàn)應(yīng)重做。量取3000mL水使用的2000mL量筒的稱量誤差很大，兩次量水的體積 可能不同，從而造成系統(tǒng)的總熱容 C不一樣。水溫改變帶來的誤差：由于此次

16、實(shí)驗(yàn)是測量的內(nèi)桶的水溫，且總的波動(dòng)不 超過3 C ,所以水溫的改變會(huì)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成較大影響。.本實(shí)驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)定法測紊燃燒熱原因：熱量交換很難測量，溫度或溫度變化卻很容易測量。本實(shí)驗(yàn)中采用標(biāo)準(zhǔn)物 質(zhì)標(biāo)定法，根據(jù)能量守恒原理，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)苯甲酸燃燒放出的熱量全部被氧彈及周 圍的介質(zhì)等吸收，使得測量體系的溫度變化，標(biāo)定出氧彈卡計(jì)的熱容。再進(jìn)行蔡的燃燒熱測量和計(jì)算。測量體系與環(huán)境之間有熱量的交換， 因?yàn)槔硐氲慕^熱條件是不可能達(dá)到的。 同時(shí)影響熱量的交換量大小的因素也比較多， 與體系、 環(huán)境的材質(zhì)有關(guān)； 與體系、環(huán)境的接觸界面積大小有關(guān)； 與體系、 環(huán)境的溫差有關(guān)， 所以要定量準(zhǔn)確地測量出體系與環(huán)境交

17、換的熱量是比較困難的。 如果有凈的熱量交換的話， 將會(huì)增大實(shí)驗(yàn)的測量誤差。. 本實(shí)驗(yàn)測量恒容燃燒熱而不直接測恒壓燃燒熱原因：在本實(shí)驗(yàn)中采用的是恒容方法先測量恒容燃燒熱， 然后再換算得到恒壓燃燒熱。原因?yàn)椋喝绻鞘褂煤銐喝紵椒?，就需要有一個(gè)無摩擦的活塞，這是機(jī)械摩擦的理想境界， 是做不到的； 做燃燒熱實(shí)驗(yàn)需要盡可能達(dá)到完全燃燒， 恒壓燃燒方法難于使另一反應(yīng)物 “氧氣”的壓力（或濃度）達(dá)到高壓，會(huì)造成燃燒不完全，帶來實(shí)驗(yàn)測定的實(shí)驗(yàn)誤差。七、實(shí)驗(yàn)評注與拓展.實(shí)驗(yàn)成功關(guān)鍵：保證樣品完全燃燒，是實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵之一，所以樣品壓片須力度適中；氧彈點(diǎn)火要迅速而果斷點(diǎn)火絲與電極要接觸良好，防止松動(dòng)；實(shí)驗(yàn)結(jié)束要

18、將未燃燒的鐵絲重量從公式中減去；測量過程， 避免卡計(jì)周圍溫度大幅度波動(dòng)， 所以儀器應(yīng)置放在不受陽光直射的單獨(dú)一間試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行工作。 室內(nèi)溫度和濕度應(yīng)盡可能變化小。 最適宜的溫度是 20 5 。每次測定時(shí)室溫變化不得大于1 。因此。室內(nèi)禁止使用各種熱源，如電爐、火爐、暖氣等。.苯甲酸和萘燃燒產(chǎn)物的熱容差別因?yàn)楫a(chǎn)物量小而儀器熱容的基數(shù)相對較大而可以忽略。.量熱方法和儀器多種多樣，量熱法廣泛用來測量各種反應(yīng)熱如相變熱等。.本實(shí)驗(yàn)裝置除可用作測定各種有機(jī)物質(zhì)、燃料、谷物等固體、液體物質(zhì)的燃燒熱外，還可以研究物質(zhì)在充入其它氣體時(shí)反應(yīng)熱效應(yīng)的變化情況。八、提問與思考.什么是燃燒熱？它在化學(xué)計(jì)算中有何應(yīng)用？

19、答：在 101 kPa 時(shí)， 1 mol 可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定的化合物時(shí)所放出的熱量，叫做該物質(zhì)的燃燒熱.單位為 kJ/mol。反應(yīng)熱中AH為負(fù)，則為放熱反 應(yīng)；為正，則為吸熱反應(yīng)，燃燒熱為反應(yīng)熱的一種，其 川為負(fù)值含相同碳原子 數(shù)的烷烴異構(gòu)體中，直鏈烷烴的燃燒熱最大，支鏈越多燃燒熱越小。什么是卡計(jì)和水的熱當(dāng)量？如何測得？答： 卡計(jì)和水當(dāng)量就是量熱儀內(nèi)筒水溫每升高一度所吸收的熱量 （即量熱計(jì)的熱容量） 。單位是 ：焦耳 / 度。測法：用已知燃燒焓的物質(zhì)（如本實(shí)驗(yàn)用的苯甲酸） ，放在量熱計(jì)中燃燒，測量其始、末溫度，經(jīng)雷諾校正后，按下式：nQV,m m火絲Q點(diǎn)火絲C AT即可求出。測量燃燒熱兩個(gè)關(guān)鍵要求是什么？如何保證達(dá)到這兩個(gè)要求？答：實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵：點(diǎn)火成功、試樣完全燃燒是實(shí)驗(yàn)成敗關(guān)