燃燒熱的測定實驗報告二

1、。華南師范大學(xué)實驗報告一、實驗?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)會測定萘的燃燒熱；.了解氧彈卡計主要部件的作用，掌握卡計的實驗技術(shù)；.學(xué)會用雷諾圖解法校正溫度變化。二、實驗原理燃燒熱是指1 摩爾物質(zhì)完全燃燒時所放出的熱量。 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。 本實驗采用氧彈熱量計為測量儀器。 氧彈是一個特制的不銹鋼容器， 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.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，如本實驗所用蔡，必須借助 電流引燃點火絲，再引起蔡的燃燒，因此，必須把點火絲燃燒所放熱量考慮進(jìn)去就下式nQV,mm點火絲Q點火絲CAT式中：m點火絲為點火絲的質(zhì)量，Q點火絲為點火絲的燃燒熱，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)（如本實驗用苯甲酸），放在量熱計中燃燒，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讀數(shù)對時間作圖，聯(lián)成FHDG 線如圖2 -1-2。圖中H相當(dāng)于開始燃燒之點，D點為觀察到

5、最高溫度讀數(shù)點，將 H所對應(yīng)白溫度T1, D所對應(yīng)白溫度T2,計算其平均溫度，過T點作橫坐標(biāo)的 平行線，交FHDG線于一點，過該點作橫坐標(biāo)的垂線a,然后將FH線和GD線外延交a線于A、C兩點,A點與C點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)的能量而造成卡計溫度的升 高，必須扣除之。 CC 表示卡計向環(huán)境輻射出熱量和攪拌而造成卡計溫度的降 低，因此，需要加上，由此可見， AC 兩點的溫度差是客觀地表示了由于樣品燃 燒使卡計溫度升高的數(shù)值有時卡計的絕熱情況良好，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的曾諾控匹圖三、實驗儀器和試劑儀器：外槽恒溫式氧彈卡計（一個）；氧氣鋼瓶（一瓶）；壓片機(jī)（2臺）；數(shù)字式貝克 曼溫度計（一臺）；0100 c溫度計（一支）；萬用電表（一個）；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、實驗步驟.氧彈卡計和水的總熱容C測定樣品壓片稱取苯甲酸約0.8g ,準(zhǔn)確稱取約10cm長的點火絲，壓片，將點火絲綁在 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)顯貝克曼溫度計的溫度探頭。接好電路，計時開關(guān)指向“半分”，點火開關(guān)到向“振動”，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振動器自動振動，兩次 振動間隔1min ,每次振動結(jié)束讀數(shù)。在第10min讀數(shù)后按下“點火”開關(guān)， 同時將計時開關(guān)倒向“半分”，點火指示燈亮。加大點火電流使點火指示燈熄滅， 樣品燃燒。燈滅時讀取溫度。溫度變化率降為0.05 C min-1后，在記錄10個數(shù)據(jù)，關(guān)閉電源。先取出貝克曼溫度計，再取氧彈，旋松放氣口排除廢氣。稱 量剩余點火絲質(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)行實驗，記錄燃燒過程中溫度隨時間變化 的數(shù)據(jù)。五、實驗數(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.實驗原始數(shù)據(jù)室溫：25.00 C點火絲：0.0128g苯甲酸+點火絲（精測）:0.7363g點火后剩余：0.0093g苯甲酸凈含量：0.7235g點火絲消耗質(zhì)量：3.5 X10-3 g時間/t(30s溫度/T( C ) 時間/t(30s溫度/T( C)時間/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點火絲：0.0107g泰+點火絲（精測）:0.5289g點火后剩余：0.0089g蔡凈含量：0.5182g點火絲消耗質(zhì)量：1.8X10-3 gO時間/t（30s每次）溫度/T( C )時間/t（30s每次溫度/T( C)時間/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時間/30sT=27.125 CF點對應(yīng)的溫度為：27.884 C E1點對應(yīng)的溫度

12、為：26.367 C所以T=1.517 C(苯甲酸)雷諾溫度校正圖時間/30sT=26.4945 CF點對應(yīng)的溫度為：27.194 C E1點對應(yīng)的溫度為：25.815 C所以T=1.379 C.計算卡計熱容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點火絲Q點火絲CAT苯甲酸燃燒的數(shù)據(jù)處理:Qv點火絲 m 點火絲=-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點火線m點火線泰燃燒的數(shù)據(jù)處理：Qv點火絲 m 點火絲=-6694.4 X10-3 X1.8 X10-3 =-0.01205 kJQv, m - (-C AT -Q v點火線m點火線)/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、實驗結(jié)果與討論.實驗誤差來源分析實驗求得票的燃燒熱Qp實與文獻(xiàn)值的誤差為1.2% (小于3%),實驗結(jié)果較 為準(zhǔn)確。產(chǎn)生誤差的原因除

15、了儀器誤差之外，主要還有以下幾個方面：使用雷諾圖解法時，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，此次實驗結(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，給實驗帶來誤差，使實驗結(jié)果偏大。氧彈內(nèi)可能存在少量空氣，空氣中 N2氧化生成硝酸會產(chǎn)生熱量，精確測 量時要減去這部分熱量。若試樣未完全燃燒，造成的影響很大，若有明顯的黑色殘渣，實驗應(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、實驗是測量的內(nèi)桶的水溫，且總的波動不 超過3 C ,所以水溫的改變會對實驗結(jié)果造成較大影響。.本實驗采用標(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。本實驗中采用標(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)定出氧彈卡計的熱容。再進(jìn)行蔡的燃燒熱測量和計算。測量體系與環(huán)境之間有熱量的交換， 因為理想的絕熱條件是不可能達(dá)到的。 同時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， 將會增大實驗的測量誤差。. 本實驗測量恒容燃燒熱而不直接測恒壓燃燒熱原因：在本實驗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。原因為：如果是使用恒壓燃燒方法，就需要有一個無摩擦的活塞，這是機(jī)械摩擦的理想境界， 是做不到的； 做燃燒熱實驗需要盡可能達(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，會造成燃燒不完全，帶來實驗測定的實驗誤差。七、實驗評注與拓展.實驗成功關(guān)鍵：保證樣品完全燃燒，是實驗成功的關(guān)鍵之一，所以樣品壓片須力度適中；氧彈點火要迅速而果斷點火絲與電極要接觸良好，防止松動；實驗結(jié)束要

18、將未燃燒的鐵絲重量從公式中減去；測量過程， 避免卡計周圍溫度大幅度波動， 所以儀器應(yīng)置放在不受陽光直射的單獨(dú)一間試驗室內(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)物的熱容差別因為產(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。.本實驗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)計算中有何應(yīng)用？

19、答：在 101 kPa 時， 1 mol 可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定的化合物時所放出的熱量，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。什么是卡計和水的熱當(dāng)量？如何測得？答： 卡計和水當(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)（如本實驗用的苯甲酸） ，放在量熱計中燃燒，測量其始、末溫度，經(jīng)雷諾校正后，按下式：nQV,m m火絲Q點火絲C AT即可求出。測量燃燒熱兩個關(guān)鍵要求是什么？如何保證達(dá)到這兩個要求？答：實驗關(guān)鍵：點火成功、試樣完全燃燒是實驗成敗關(guān)