物化實驗報告：燃燒熱的測定苯甲酸萘

..11華南師大學試驗報告課程名稱物理化學試驗試驗工程燃燒熱的測定【試驗目的】①明確燃燒熱的定義，了解恒壓燃燒熱與恒容燃燒熱的區(qū)分。②把握量熱技術的根本原理，學會測定奈的燃燒熱。③了解氧彈卡計主要部件的作用，把握氧彈量熱計的試驗技術。④學會雷諾圖解法校正溫度轉變值?！驹囼炘怼咳紵裏崾侵?Ov恒容燃燒熱這個過程的能變化〔ΔUQp于這個過程的熱焓變化〔ΔH系式：DcHmQp＝Qv＋ΔnRT〔1〕本試驗承受氧彈式量熱計測量蔗糖的燃燒熱。測量的根本原理是將確定量待測物質樣品在氧彈中完全燃燒，燃燒時放出的熱量使卡計本身及氧彈四周介質〔本試驗用水〕的溫度上升。氧彈是一個特制的不銹鋼容器〔如圖〕為了保證扮裝品在假設完全燃燒，氧彈中應充以高壓氧氣〔或者其環(huán)境發(fā)生熱交換。但是，熱量的散失照舊無法完全防止，這可以是同于環(huán)境向量熱計輻射進熱量而使其溫度上升，也可以是由于量熱計向環(huán)境輻射出熱量而使量熱計的溫度降低。因此燃燒前后溫度的變化值不能直接準確測量，而必需經(jīng)過作圖法進展校正。放出熱(樣品+點火絲)＝吸取熱(水、氧彈、量熱計、溫度計)量熱原理—能量守恒定律在盛有定水的容器中，樣品物質的量為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。設系統(tǒng)〔包括水桶，氧彈本身、測溫器件、攪拌器和水〕的總熱容為1K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:Q

C(T2

1

〔2〕V,m nQvm為樣品的恒容摩爾燃燒熱(J·mo-1nmolC為儀器的總熱容(J·-1J/oC)。上述公式是最抱負、最簡潔的狀況。圖1氧彈量熱計構造示意圖圖 2氧彈構造示意圖1、氧彈 1－厚壁圓筒；2－彈蓋2、水桶〔量熱容器〕 3－螺帽；4－進氣孔3、電極 4、溫度計 5－排氣孔；6－電極5、攪拌器 6、恒溫外套 8－電極〔也是進氣管〕但是，由于〔1用測到的燃燒前后的溫度差來計算，必需經(jīng)過合理的雷諾校正才能得到準確的溫差變化2〕多數(shù)物質不能自燃，如本試驗所用萘，必需借助電流引燃點火絲，再引起萘的燃燒，因此，等式〔2〕左邊必需把點火絲燃燒所放熱量考慮進去就如等式〔3nQV,m

m

Q

CΔT〔3〕式中：m點火絲為點火絲的質量，Q點火絲為點火絲的燃燒熱，為-6694.4J/g，DT為校正后的溫度上升值。儀器熱容的求法是用燃燒焓的物質(如本試驗用苯甲酸)，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：消退體系與環(huán)境間存在熱交換造成的對體系溫度變化的影響。方法：將燃燒前后歷次觀看的貝氏溫度計讀數(shù)對時間作圖，聯(lián)成FHDG線如圖２-1-2。圖中H相當于開場燃燒之點，DH所對應的溫度T1，D所對應的溫度T2，計算其平均溫度，過Ｔ點作橫坐標的平行線，交FHDG線于一點，過該點作橫坐標的垂線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上升DT。圖中AA’表示由環(huán)境輻射進來的熱量和攪拌引進的能量而造成卡計溫度的上升，必需扣除之。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上升的數(shù)值有時卡計的絕熱狀況良好，熱漏小，而攪拌器功率大，不斷略微引進熱量，使得燃燒后的最高點不消滅2-1-3，這種狀況下DT仍可以按同法校正之?！驹囼瀮x器與藥品】儀器：儀器：外槽恒溫式氧彈卡計(一個)；氧氣鋼瓶(一瓶)；壓片機(2臺)；數(shù)字式貝克曼溫度計(一臺)；0～100℃溫度計(一支)；萬用電表〔一個藥品：藥品：萘〔A.RA.R10cm【試驗步驟】一、量熱計常數(shù)K。11.0g，壓片，中部系一質量棉線，稱取干凈坩堝放置樣片前后質量W1和W2。2、苯甲酸約1.0g，壓片，中部系一質量棉線，稱取干凈坩堝放置樣片前后質量W1和W2。3、把盛有苯甲酸片的坩堝放于氧彈的坩堝架上，連接好點火絲和助燃棉線。4、蓋好氧彈，與減壓閥相連，充氣到彈壓力為1.2MPa為止。6、把氧彈放入量熱容器中，參與3000ml7、插入數(shù)顯貝克曼溫度計的溫度探頭。8、接好電路，計時開關指向“1分〞，點火開關到向“振動〞，開啟電源。約10min后，假設溫度變化均勻，開場讀取溫度。讀數(shù)前5s振動器自動振動，兩次振動間隔1min，每次振動完畢讀數(shù)。9、在第10min讀數(shù)后按下“點火〞開關，同時將計時開關倒向“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。10、溫度變化率降為0.05°C·min-1后，改為1min計時，在記錄溫度讀數(shù)至少10min，關閉電源。先取出貝克曼溫度計，再取氧彈，旋松放氣口排解廢氣。11、稱量剩余點火絲質量。清洗氧彈部及坩堝。二、萘的恒容燃燒熱的測定1、取萘0.6g壓片，重復上述步驟進展試驗，記錄燃燒過程中溫度隨時間變化的數(shù)據(jù)?！颈揪眄氈竣贋榉乐垢g，必需清洗氧彈②點火成敗是試驗關鍵。應認真安裝飾火絲和坩堝。點火絲不應與彈體壁接觸，坩堝支持架不應與另一電極接觸。③每次試驗前均應稱量坩堝。C 〔COC 〔COg〕＝37.11p，m2C 〔Og〕＝29.36p，m2J/mol?KJ/mol?KC 〔苯甲酸s〕＝146.8p，m2J/mol?KC s〕＝165.7p，mp，mJ/mol?K恒壓燃燒熱kcal/molkJ/molJ/g測定條件苯甲酸-771.24-3226.9-26410p?,25℃萘C 〔HOl〕＝-1231.875.291 J/mol?K-5153.8-40205p?,25℃【試驗數(shù)據(jù)與處理】[試驗原始數(shù)據(jù)]大氣壓：大氣壓：溫度：干度濕度相對濕度1019.8hPa26.0℃25.521.967%點火絲：0.0120g

第一組測定的數(shù)據(jù)：苯甲酸①苯甲酸凈含量：0.4874g苯甲酸+點火絲〔精測0.4994g點火后剩余：0.0083g

點火絲消耗質量：3.7×10-3g次)128.805次)128.805次1929.91次)3729.952228.9782029.9193829.951329.0582129.9273929.95429.0892229.9334029.95529.1022329.9384129.948629.1072429.9434229.947729.1082529.9464329.947829.112629.9494429.946929.2272729.9514529.945

溫度/T(℃)

時間/t(30s每

溫度/T(℃)

時間/t(30s每

溫度/T(℃)1029.4122829.9534629.9441129.5672929.9544729.9431229.6813029.9554829.9421329.7543129.9574929.9411429.8053229.9555029.9411529.8393329.9555129.941629.8633429.9545229.9391729.8843529.9545329.9381829.8983629.9535429.937點火絲：0.0126g

其次組測定的數(shù)據(jù)：苯甲酸②苯甲酸凈含量：0.4354g苯甲酸+點火絲〔精測0.4480g點火后剩余：0.0117g

點火絲消耗質量：9×10-4g次)次次)次)次次)129.9861931.3623731.362230.4862031.3653831.36330.5862131.3683931.358430.6462231.3714031.355530.6532331.37241630.6542431.37342730.6962531.37343830.892631.37344931.0642731.373451031.1712831.373461131.2372931.373471231.2733031.371481331.2983131.37491431.3153231.36950

溫度/T(℃)

時間/t(30s每

溫度/T(℃)

時間/t(30s每

溫度/T(℃)1531.333331.368511631.343431.367521731.3493531.366531831.3563631.36454點火絲：0.0126g0.4857g點火后剩余：0.0072g

第三組測定的數(shù)據(jù)：萘①苯甲酸凈含量：0.4731g點火絲消耗質量：5.4×10-3g次)次次)次)次次)128.3151929.6663729.725228.392029.6773829.724328.4322129.6863929.723428.4562229.6944029.722528.4572329.74129.721628.4612429.7044229.72728.5462529.714329.719828.7272629.7134429.718928.9622729.716451029.1632829.719461129.3212929.721471229.4273029.723481329.4993129.725491429.553229.726501529.583329.727511629.6133429.728521729.6343529.727531829.6513629.72654

溫度/T(℃)

時間/t(30s每

溫度/T(℃)

時間/t(30s每

溫度/T(℃)點火絲：0.0135g0.4954g點火后剩余：0.0118g

第四組測定的數(shù)據(jù)：萘②苯甲酸凈含量：0.4819g點火絲消耗質量：1.7×10-3g次)次次)次)次次)128.3151929.6663729.725228.392029.6773829.724328.4322129.6863929.723428.4562229.6944029.722528.4572329.74129.721628.4612429.7044229.72728.5462529.714329.719828.7272629.7134429.718928.9622729.716451029.1632829.719461129.3212929.721471229.4273029.723481329.4993129.725491429.553229.726501529.583329.727511629.6133429.728521729.6343529.727531829.6513629.72654

溫度/T(℃)

時間/t(30s每

溫度/T(℃)

時間/t(30s每

溫度/T(℃)[試驗數(shù)據(jù)的處理]①雷諾校正作圖①雷諾校正作圖.T＝29.11 1

＝29.9572T’＝29.1 T’＝29.9311 2ΔT＝29.931－29.1＝0.831T＝30.654 1

＝31.3732T’＝30.648 T’＝31.3731 2ΔT＝31.373－30.648＝0.725T＝28.461 1

＝29.7282T’＝28.47 T’＝29.6951 2ΔT＝29.695－28.47＝1.225T＝27.577 1

＝28.9252T’＝27.627 T’＝28.8671 2ΔT＝28.867－27.627＝1.24②計算卡計的熱容C，并求出兩次試驗所得水當量的平均值。苯甲酸的燃燒反響方程式為：依據(jù)基爾霍夫定律：p，m∴ΔCp，m

＝7×C

,g〕＋3×C

〔HO,l〕－C

15p，mp，m〔苯甲酸,s2Cp，mp，m

〔O,g〕p，m2p，m22＝154.6805J/mol?Kp，m2p，m22∴當室溫為26.0℃時苯甲酸的燃燒焓為：△H〔26.0℃〕＝△H〔25.0℃〕+△C×△Tc m c m p＝-3226.9＋154.6805×(26.0-25.0)×10-3＝-3225.84 kJ/mol則：苯甲酸的恒容摩爾燃燒熱為：Q＝△U＝△H－RT∑VV c m c m B

(g)＝-3225.84－8.314×299.15×(7－7.5)×10-3＝-3224.6kJ/mol又：1..11nQ＝-C△T-Q ·mV V

點火線∴〔Ⅰ〕苯甲酸①燃燒的數(shù)據(jù)處理：Q ·m ＝-6694.4×10-3×3.7×10-3＝-0.02477 kJV

點火絲

0.4874(-3224.6)(-0.02477)CnQvmQ絲m絲＝T〔Ⅱ〕苯甲酸②燃燒的數(shù)據(jù)處理：

122.12 ＝15.517 kJ/℃29.93129.1Q ·m ＝-6694.4×10-3×9×10-4＝-6.025×10-3kJV

點火絲

(-0.006025)CnQvmQ絲m絲＝T

122.12 ＝15.866 kJ/℃30.648〔Ⅲ〕兩次試驗所得水當量的平均值為：C=(15.517＋15.866〕÷2＝15.692 kJ/℃③計算萘的恒容摩爾燃燒熱Q③計算萘的恒容摩爾燃燒熱QV，mnQV

＝-C△T-Q ·mV

點火線Q ·m ＝-6694.4×10-3×5.4×10-3＝-0.03615 kJV點火絲 點火絲Q ＝〔-C△T-Q ·m 〕/nV，m

V點火線

點火線28.470.03615＝ 0.4731128.18

＝－5217.9 kJ/mol〔Ⅱ〕萘②燃燒的數(shù)據(jù)處理：Q ·m ＝-6694.4×10-3×1.7×10-3＝-0.01138 kJV點火絲 點火絲Q ＝〔-C△T-Q ·m 〕/nV，m

V點火線

點火線28.86727.6270.01138＝ 0.4819128.18

＝－5178 kJ/mol〔Ⅲ〕萘的恒容摩爾燃燒熱平均值為Q ＝(－5217.9－5178)÷2＝－5197.5 kJ/molv,m④求萘的恒壓摩爾燃燒熱④求萘的恒壓摩爾燃燒熱Qp，mH〕c m萘燃燒的化學方程式為：CH10 8

s12O2

g10CO2

g4H

2B

(g)2，B依據(jù)基爾霍夫定律：∴ΔC

＝10×C

,g〕＋4×C

〔HO,l〕－C

〔萘,s〕－ 12C

〔O,g〕p，m

p，m 2

p，m 2

p，m

p，m 2＝154.304 J/mol?K∴26.0℃時萘的燃燒焓為：△H〔26.0℃〕＝△U＋RT∑V

(g)c m c m B B＝－5206.63＋8.314×299.15×〔－2〕×10-3＝－5211.604 kJ/molH〔TH〔298.15KH〔TH〔298.15Kc mc mc m c m p＝－5211.604＋154.304×(25.0－26.0)×10-3＝－5211.758kJ/mol|5211.7585153.8|100=1.12%5153.8【試驗結果與爭論】試驗求得萘的燃燒熱Q 與文獻值Q 的誤差為1.12%〔小于3%?？梢姳綪,實 P，標試驗溫度對萘的燃燒焓值影響很小，試驗結果較為準確。產(chǎn)生誤差的緣由除了儀器誤差之外，主要還有以下幾個方面：①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，切線擬合的結果ΔT②在試驗進展過程中，夾套水溫也不行能恒定，這會對ΔT的求算造成影響。但是夾套中水很多，且1K③萘為易揮發(fā)性物質，壓片稱量后應當快速放入氧彈中，以免因揮發(fā)而損失過多的質量，給試驗帶來誤差，使試驗結果偏大。④氧彈可能存在少量空氣，空氣中N2

的氧化會產(chǎn)生熱效應。⑤假設試樣未完全燃燒，造成的影響很大，假設有明顯的黑色殘渣，試驗應重做。3000mL2023mL⑦水溫轉變帶來的誤差：由于此次試驗是測量的桶的水溫，且總的波動不超過3℃，所以水溫的轉變會對試驗結果造成較大影響。理，標準物質苯甲酸燃燒放出的熱量全部被氧彈及四周的介質等吸取，使得測量體系的溫度變化，標定出氧彈卡計的熱容。再進展奈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，由于抱負的絕熱條件是不行能到達的。同時影響熱量的交換量大小的因素也比較多，①與體系、環(huán)境的材質有關；②與體系、環(huán)境的接觸界面積大小有關；③與體系、環(huán)境的溫差有關，所以要定量準確地測量出體系與環(huán)境交換的熱量是比較困難的。假設有凈的熱量交換的話，將會增大試驗的測量誤差。在本試驗中承受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。緣由為：①假設是使用恒壓燃燒方法，就需要有一個無摩擦的活塞，這是機械摩擦的抱負境地，是做不到的；②做燃燒熱試驗需要盡可能到達完全燃燒，恒壓燃燒方法難于使另一反響物——“氧氣〞的壓力〔或濃度〕到達高壓，會造成燃燒不完全，帶來試驗測定的試驗誤差?！驹囼炘u注與拓展】〔1〕試驗關鍵：點火成功、試樣完全燃燒是試驗成敗關鍵，可以考慮以下幾項技術措施：①試樣應進展磨細、烘干、枯燥器恒重等前處理，潮濕樣品不易燃燒且有誤差。壓片緊實度：一般硬到外表有較細密的光滑度，棱角無粗粒，使能燃燒又不至于引起爆炸性燃燒殘剩黑糊等狀。②點火絲與電極接觸電阻要盡可能小，留意電極松動和鐵絲碰杯短路問題。③充分氧(2MPa)并保證氧彈不漏氧，保證充分燃燒。燃燒不完全，還時常形成灰白相間如散棉絮狀。④留意點火前才將二電極插上氧彈再按點火鈕，否則因儀器未設互鎖功能，極易發(fā)生〔按攪拌鈕或0氧彈預滴幾滴水，使氧彈為水汽飽和，燃燒后氣態(tài)水易分散為液態(tài)水。試樣在氧彈中燃燒產(chǎn)生的壓力可達14MPa，長期使用，可能引起彈壁的腐蝕，削減其強度。故氧彈20MPa氧彈、量熱容器、攪拌器等，在使用完畢后，應用干布擦去水跡，保持外表清潔枯燥。恒溫外套〔即外筒〕的水，應承受軟水。長期不使用時應將水倒掉。氧彈以及氧氣通過的各個部件，各聯(lián)接局部不允許有油污，更不允許使用潤滑油，在必需潤滑時，可用少量的甘油。是205℃。每次測定時室溫變化不得大于1℃。因此。室制止使用各種熱源，如電爐、火爐、暖氣等。如用貝克曼溫度計，其調整可以歸納為倒立連接、設定溫度、正立震斷和校驗四步，留意別讓水銀過多地流向彎曲貯管，導致因水銀重而在正立時，玻管擴處掛不住。也絕不允許放在電爐上烤等驟冷驟熱狀況消滅。在精細的測量中，應進展貝克曼溫度計的校正。改進后的本試驗普遍承受熱敏電阻溫度計、鉑電阻溫度計或者熱電堆等，相應配以電橋、指示mV值，實際已轉換為溫度(數(shù)顯溫度計)的儀器，能自動記錄溫度，精細度可達10~10。國產(chǎn)型號為半自動H15A(BWH15全自動微機型氧彈式熱量計。進入了全面啟用電腦處理數(shù)據(jù)的時代。苯甲酸和萘燃燒產(chǎn)物的熱容差異由于產(chǎn)