實(shí)驗(yàn)一 燃燒焓的測(cè)定

燃燒焓的測(cè)定姓名：譚成彬選課34班20號(hào)學(xué)號(hào)：07041010428班級(jí)：生物工程07級(jí)4班日期：2009年6月25實(shí)驗(yàn)室：628一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．明確燃燒焓的定義，了解恒壓熱效應(yīng)與恒容熱效應(yīng)的關(guān)系。2．掌握有關(guān)熱化學(xué)實(shí)驗(yàn)的一般知識(shí)和技術(shù)。3．用氧彈式量熱計(jì)測(cè)定有機(jī)物的燃燒焓。二．實(shí)驗(yàn)原理熱化學(xué)中定義：在指定溫度和壓力下，一摩爾物質(zhì)完全燃燒成指定產(chǎn)物的焓變，稱為該物質(zhì)在此溫度下的摩爾燃燒焓，記作力CHm。通常，C、H等元素的燃燒產(chǎn)物分別為CO2(g)、H2O(1)等。由于上述條件下』H=Qp,因此ACHm也就是該物質(zhì)燃燒反應(yīng)的等壓熱效應(yīng)Q。 "在適當(dāng)?shù)臈l件下，許多有機(jī)物都能迅速而完全地進(jìn)行氧化反應(yīng)，這就為準(zhǔn)確測(cè)定它們的燃燒焓創(chuàng)造了有利條件。在實(shí)際測(cè)量中，燃燒反應(yīng)常在恒容條件下進(jìn)行，如在彈式量熱計(jì)中進(jìn)行，這樣直接測(cè)得的是反應(yīng)的恒容熱效和ACUm的關(guān)系為:應(yīng)QV(即燃燒反應(yīng)的熱力學(xué)能變力CU)。和ACUm的關(guān)系為:或Q=Q=RT工v(g) (1或Q=Q=RT工v(g) (1)p,m v,m BBcmcmBB式中，T為反應(yīng)溫度(K)；ACHm為摩爾燃燒焓(J?mo1-i)；ACUm為摩爾燃燒熱力學(xué)能變(J?mo1-i)；vB(g)為燃燒反應(yīng)方程中各氣體物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)，規(guī)定生產(chǎn)物取正值，反應(yīng)物取負(fù)值。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得QVm(J?mo1-i)值，根據(jù)上式就可計(jì)算出Qpm(J?mo1-i),即燃燒焓的值/如本實(shí)驗(yàn)是用氧彈式量熱計(jì)進(jìn)行萘的燃燒焓的測(cè)定。量熱計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示，氧彈結(jié)構(gòu)如圖2所示。TOC\o"1-5"\h\z實(shí)驗(yàn)中，設(shè)質(zhì)量為m(g)的待測(cè)物質(zhì)(恒容燃燒熱為Q)和質(zhì)量為m(g)的點(diǎn)火絲(恒容a v,m b燃燒熱為q,J?g-i)在氧彈中燃燒，放出的熱可使質(zhì)量為w的水(比熱容為c,J?K-i?g-i)及量熱器本身(熱容為C,J?K-i)的溫度由T升高到T,則根據(jù)能量守恒定律可得到熱平衡關(guān)系為：m 1 2mQX—+qxm=-[(C+c.w)x(T-T)]=Kx(T-T) (2)v,mM b mwm2 1 2 1式中，M為該待測(cè)物的摩爾質(zhì)量；規(guī)定系統(tǒng)放熱時(shí)Q取負(fù)數(shù)；K=-(C+c?w),同一套儀器、當(dāng)mwm內(nèi)筒中的水量一定時(shí)，K值恒定，稱K為儀器常數(shù)或水當(dāng)量(J?K-i)，常用已知燃燒熱值Q的苯V甲酸來(lái)測(cè)定。求出量熱體系的儀器常數(shù)K后，再用相同方法對(duì)其它物質(zhì)進(jìn)行測(cè)定，測(cè)出溫升△T=T-T,代入上式，即可求得待測(cè)物的燃燒Q或AUO 21 v,m Cm實(shí)際上，氧彈式熱量計(jì)不是嚴(yán)格的絕熱系統(tǒng)，加之由于傳熱速度的限制，燃燒后由最低溫度達(dá)最高溫度需一定的時(shí)間，在這段時(shí)間里系統(tǒng)與環(huán)境難免發(fā)生熱交換，因而從溫度計(jì)上讀得的溫差就不是真實(shí)的溫差。為此，必須對(duì)讀得的溫差進(jìn)行校正。校正的方法可以有作圖法(雷諾法)和公式法(奔特公式)。公式法的使用見(jiàn)“數(shù)據(jù)處理”部分。三．儀器和試劑氧彈式量熱計(jì)，精密電子溫差測(cè)量?jī)x，氧氣鋼瓶，充氧機(jī)，壓片機(jī)，萬(wàn)用電表，臺(tái)稱，電子天平，容量瓶(lOOOmL),苯甲酸(分析純，Q=-3227.51kJ?mol-i),萘(分析純)，專用燃燒鎳絲(qv,m=-1525J?g-i)。四．實(shí)驗(yàn)步驟儀器常數(shù)的測(cè)定準(zhǔn)備點(diǎn)火絲：量取長(zhǎng)約10cm點(diǎn)火絲，在電子天平上準(zhǔn)確稱重，得m值。在直徑約3mm的玻b璃棒上，將其中段繞成螺旋形5圈?6圈。（2） 壓片：用臺(tái)秤預(yù)稱取0.9g?l.lg的苯甲酸，在壓片機(jī)上壓成圓片。將壓片制成的樣品放在干凈的稱量紙上，小心除掉有污染和易脫落部分，然后在電子天平上精確稱量，得m值。a（3） 裝氧彈：將氧彈蓋取下放在專用架上，用濾紙擦凈電極及不銹鋼坩堝。先放好坩堝，然后用鑷子將樣品放在坩堝正中央（樣品凹面朝上）。將準(zhǔn)備好的燃燒絲兩端固定在電極上，并將螺旋部分緊貼在樣品的上表面，然后小心旋緊氧彈蓋（注意：點(diǎn)火絲不可與坩堝接觸，以防短路）。（4） 充氧氣：將氧彈接入充氧機(jī)，檢查氧氣鋼瓶上的減壓閥，使其處于關(guān)閉狀態(tài)，再打開(kāi)氧氣鋼瓶上的總開(kāi)關(guān)。然后輕輕擰緊減壓閥螺桿（擰緊即是打開(kāi)減壓閥），使氧氣緩慢進(jìn)入氧彈內(nèi)。待減壓閥上的減壓表壓力指到1.8MPa?2.0MPa之間時(shí)停止，關(guān)閉氧氣鋼瓶總開(kāi)關(guān)，并擰松壓閥螺桿。（5） 安裝熱量計(jì)：先放好內(nèi)筒，調(diào)整好攪拌，注意不要讓葉輪碰撞內(nèi)筒壁。將氧彈放在內(nèi)筒正中央，接好點(diǎn)火插頭，加入3000mL自來(lái)水。插入精密電子溫差測(cè)量?jī)x上的測(cè)溫探頭，注意既不要和氧彈接觸、內(nèi)筒壁接觸，使導(dǎo)線從蓋孔中出來(lái)，安裝完畢。（6） 數(shù)據(jù)測(cè)量：打開(kāi)精密電子溫差測(cè)量?jī)x，打開(kāi)攪拌，設(shè)定溫度讀數(shù)時(shí)間間隔為30秒。待溫度基本穩(wěn)定后將溫差測(cè)量?jī)x“采零”、“鎖定”，開(kāi)始記錄溫差數(shù)據(jù)。整個(gè)數(shù)據(jù)記錄分為三個(gè)階段：初期：這是樣品燃燒以前的階段。在這一階段觀測(cè)和記錄周圍環(huán)境和量熱體系在試驗(yàn)開(kāi)始溫度下的熱交換關(guān)系。每隔1分鐘讀取溫度1次，共讀取6次。主期：從點(diǎn)火開(kāi)始至傳熱平衡稱為主期。在讀取初期最末1次數(shù)值的同時(shí)，按一下“點(diǎn)火”按鈕即進(jìn)入主期。此時(shí)每30秒讀取溫度1次，直到溫度不再上升而開(kāi)始下降的第1次溫度為止。c末期：這一階段的目的與初期相同，是觀察在試驗(yàn)后期的熱交換關(guān)系。此階段仍是每30秒讀取溫度1次，直至溫度停止下降為止（約共讀取10次）。停止觀測(cè)溫度后，從熱量計(jì)中取出氧彈，放盡其中的氣體，擰開(kāi)并取下氧彈蓋，氧彈中如有煙黑或未燃盡的試樣殘余，表明試驗(yàn)失敗，應(yīng)重做。萘的燃燒焓的測(cè)定稱取0.8g?1g萘，用與“儀器常數(shù)的測(cè)定”相同的方法進(jìn)行測(cè)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)束，用干布將氧彈內(nèi)外表面和彈蓋擦凈，最好用熱風(fēng)將彈蓋及零件吹干或風(fēng)干。五.數(shù)據(jù)處理（用公式法校正溫差）儀器常數(shù)由苯甲酸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)按下式計(jì)算：mK=[Qx—a+qxm]/[（T-T）+At]V,m^M b 21式中，M為苯甲酸的摩爾質(zhì)量，T為主期的第一個(gè)溫度（即點(diǎn)火溫度），T為主期的最后一個(gè)溫度；△t為量熱計(jì)熱交換校正值，其余參數(shù)與“實(shí)驗(yàn)原理”部分的式（1）相同。量熱計(jì)熱交換校正值A(chǔ)t,用奔特公式計(jì)算：△t二m（v+v）/2+vr式中，v 初期溫度變化率； v 末期溫度變化率；m――在主期中每0.5min溫度上升不小于0.3°C的間隔數(shù)，第一間隔不管溫度升高多少度都計(jì)入m中；r――在主期每半分鐘溫度上升小于0.3C的間隔數(shù)。記錄及計(jì)算示例：室溫：22.3C；外筒溫度：22.5C；內(nèi)筒溫度：21.8C；苯甲酸熱值：Qv,m=-3227.51kj?mol-1表1苯甲酸燃燒實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)讀數(shù)序號(hào)（每半分鐘）初期溫差/C主期溫差/C末期溫差/C00.84811.0902.86020.8491.9302.85932.3902.858

40.8502.6102.85752.7222.85660.8512.7822.85572.8172.85480.8522.8372.85392.8492.852100.853點(diǎn)火2.8562.851112.860122.861132.862142.862152.861v=(0.848-0.853)/10=-0.0005v=(2.861-2.851)/10=0.0011△二(-0.0005+0.001)X3/2+0.001X12=0.01275°Cm=1.1071gaqXm=－33.44JbK=(-3227510X1.107/122-33.44)/(2.861-0.853+0.01275)=-14509J?C-i4．萘的恒容燃燒熱由實(shí)驗(yàn)結(jié)果按下式計(jì)算：燃燒反應(yīng)方程式為：CH(s)+12O(G)T10CO(g)+4H0(1)108222MQ二{Kx[(T-T)+At]-qxm}x一=-14509X()V.m 2 1 bmaAH二Q二AU+RTYv(g)二Q-2RTcm p,m cm B v,mB六．?dāng)?shù)據(jù)記錄及處理表二苯甲酸燃燒實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)1>26.O1C T2=28.08C讀數(shù)序號(hào)（每半分鐘）初期溫差/C主期溫差/C末期溫差/C00.11110.3922.44620.2900.7802.44731.2952.44840.3281.6482.45151.8982.45260.3462.0572.45372.1662.45480.3622.2402.45592.2972.456100.371點(diǎn)火2.3342.457112.363122.385132.399142.412152.423

162.431172.435182.438192.411表三萘燃燒實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)丁嚴(yán)24.67€ T2=27.28°C讀數(shù)序號(hào)（每半分鐘）初期溫差/C主期溫差/C末期溫差/C00.01210.1552.68520.0250.5322.68731.1412.68840.0421.6262.69251.9492.69460.0552.1612.69772.2972.70080.0692.4082.70492.4732.707100.073點(diǎn)火2.5252.709112.566122.592132.618142.635152.650162.611172.673182.676計(jì)算過(guò)程：1.由苯甲酸算K:苯甲酸熱值：Qv,m=-3227.51kj?mol-1v=(0.111-0.371)/10=-0.026v1=(2.457-2.411)/10=0.0046△t=(-0.026+0.0046)X4/2+0.0046X15=0.0522Cma=1.0828g qXmb=-15.86JK=(-3227510X1.0828^122—15.86)/(2.457-0.371+0.0522)=-13404J.C-12．萘的恒容燃燒熱：外筒溫度：26.76Cv=(0.012-0.073)/10=-0.0025v1=(2.709-2.676)/10=0.0033△t=(-0.0025+0.0033)X5/2+0.0033X13=0.0449C燃燒反應(yīng)方程式為：CH(s)+12O(G)T10CO(g)+4HO(l)108222MQ={Kx[(T-T)+At]-qxm}x一V.m 2 1 bma二{—14509X[(27.28-24.67)+0.0449]-(-1525X0.0087)}X128F0.9240=—3200.25kJ?mol-iAH二Q二AU+RTYv（g）二Q-2RTcm p,m cm B v,mB=—3200.25—2X8.314X26.76/1000=—3200.29kJ?mol-i七．注意事項(xiàng)1.每次使用鋼瓶時(shí)，應(yīng)在老師指導(dǎo)下進(jìn)行；充氧時(shí)注意操作，手上不可附有油膩物。2．坩堝每次使用后，應(yīng)清洗干凈并擦干。3．試樣燃燒焓的測(cè)定和儀器常數(shù)的測(cè)定，應(yīng)盡可能在相同條件下進(jìn)行。4．未取出溫感器，不得打開(kāi)量熱計(jì)的蓋子。5．點(diǎn)火線安裝時(shí)不能碰到氧彈壁。八．思考題1．固體樣品為什么要壓成片狀?如何測(cè)定液體樣品的燃燒熱?答：壓成片狀是為了方便稱量和安裝試驗(yàn)裝置，避免在稱量和裝藥品時(shí)有損失，影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。而且在點(diǎn)火時(shí)受熱就比較均衡，固體樣品更容易燃燒充分，在測(cè)定液體樣品時(shí)，將液體樣品裝入坩堝中，將點(diǎn)火