物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告-燃燒熱的測(cè)定

第1頁共7頁物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)NO.3PB07007303王璐實(shí)驗(yàn)四燃燒熱的測(cè)定摘要：本實(shí)驗(yàn)采用氧彈量熱計(jì)測(cè)定萘的恒容燃燒熱，并計(jì)算萘的恒壓燃燒熱。在測(cè)量過程中先用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)苯甲酸標(biāo)定量熱計(jì)的熱容，通過雷諾校正圖的方法校正過程的溫度變化，以獲得同絕熱系統(tǒng)相近的測(cè)量效果，然后用相同的方法進(jìn)行萘的燃燒測(cè)定關(guān)鍵詞：氧彈量熱計(jì)燃燒熱雷諾校正圖TheDeterminationofTheCombustionHeatofAlbocarbonAbstract：Inthisexperiment,wedeterminedthecombustionheatofAlbocarbonataconstantvolumebyusingOxygen-bombcalorimeterandthencalculatedthecombustionheatataconstantpressure.Benzoicacid,asstandardsubstance,isusedattheprocessoftheexperiencefirst,andthenwecalculatedtheheatcapacityofthewholeinstrument.ThroughthemethodofRenaultcorrectfigurewecanmeasurethetemperaturevariancetosimulateaperfectinsulator-systemintheactualsystem.Afterthat,wegotthealbocarbon’scombustionheatataconstantvolume.Keywords：Oxygen-bombcalorimeterCombustionheatRenaultcorrectfigure1.序言摩爾燃燒熱是指一摩爾純凈物完全燃燒時(shí)所放出的熱量。所謂完全燃燒，即組成反應(yīng)物的各元素，在經(jīng)過燃燒反應(yīng)后呈現(xiàn)本元素的最高化合價(jià)，同時(shí)反應(yīng)物和生成物在指定的溫度下都屬于標(biāo)準(zhǔn)態(tài)。恒容過程的熱效應(yīng)Qv=ΔU；恒壓過程的熱效應(yīng)Qp=ΔH，它們有如下的關(guān)系：Qp=Qv+Δn(RT)或ΔH=ΔU+Δn(RT)，其中Δn為反應(yīng)前后氣態(tài)物質(zhì)的物質(zhì)的量之差，R為普適氣體常數(shù)，T為環(huán)境的絕對(duì)溫度。本實(shí)驗(yàn)根據(jù)以上原理先測(cè)定萘完全燃燒時(shí)的恒容燃燒熱，然后再計(jì)算出萘的恒壓燃燒熱。由于熱比較難測(cè)量，而溫度較易測(cè)得，所以在實(shí)驗(yàn)過程中通過記錄體系溫度的變化換算出熱量的相對(duì)變化值，運(yùn)用這種方法可以得到物質(zhì)的燃燒熱，從而求得物質(zhì)的燃燒熱。 燃燒熱是重要的物理化學(xué)參數(shù)，利用氧彈及標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)法進(jìn)行測(cè)定是一種重要的方法，2.實(shí)驗(yàn)部分2.1藥品與儀器GR3500型氧彈式熱量計(jì)控制箱 長沙儀器廠JDW-3F電子溫差測(cè)量儀 南京大學(xué)應(yīng)用物理研究所電子天平；壓片機(jī)；扳手；歐姆表氧氣鋼瓶，氧氣減壓器，充氧導(dǎo)管苯甲酸（分析純）；萘（分析純）；Cu-Ni合金絲2.2實(shí)驗(yàn)步驟1）樣品壓片：取Cu-Ni合金絲一根，對(duì)折后在中間位置打環(huán)，準(zhǔn)確稱量之。將其置于壓片機(jī)的模具上并裝上底板，把稱量好的0.8克左右苯甲酸倒入模具內(nèi)，將鐵絲環(huán)浸埋，裝上頂桿。下壓壓片機(jī)螺桿，稍用力使樣品壓牢；翻轉(zhuǎn)底板后再次下壓以取出樣品，彈去周圍粉末，準(zhǔn)確稱質(zhì)量；2）裝置氧彈：擰開氧彈蓋，清潔內(nèi)壁，將樣品上的鐵絲小心的綁在氧彈中的兩根電極上，旋緊氧彈蓋，用萬用表檢查兩電極是否通路，若通路則旋緊出氣口。連接氧彈和氧氣鋼瓶，打開閥門充氣2min，再用萬用表核驗(yàn)兩電極是否通路；3）燃燒和測(cè)量溫差：將氧彈卡計(jì)、內(nèi)筒、攪拌器裝配好，用容量瓶準(zhǔn)確量取3000mL水置于內(nèi)筒中。打開溫差測(cè)定儀，將測(cè)溫探頭插入外套測(cè)溫口中，待讀數(shù)穩(wěn)定后置0.000；開動(dòng)攪拌馬達(dá)，將溫差儀插入內(nèi)筒中，此時(shí)讀數(shù)低于-1.000，用電吹風(fēng)加熱內(nèi)桶中的水，在溫差儀讀數(shù)為約-0.850時(shí)停止加熱。待溫差儀讀數(shù)為-0.800時(shí)，開啟計(jì)算機(jī)計(jì)數(shù)同時(shí)準(zhǔn)備好點(diǎn)火開關(guān)，待溫差儀讀數(shù)約為-0.750時(shí)點(diǎn)火。點(diǎn)火后繼續(xù)計(jì)數(shù)10分鐘。完畢后先放氣，再旋開氧彈蓋觀察燃燒是否完全，若燃燒完全則稱量Cu-Ni合金絲剩余的質(zhì)量；4）測(cè)定萘的燃燒熱：稱取約0.6克萘，將上述步驟重復(fù)一次，測(cè)萘的恒容燃燒熱。2.3注意事項(xiàng)1）氧彈充氧操作中，人應(yīng)站在氧氣減壓表的側(cè)面，以免意外；2）壓片時(shí)應(yīng)將Cu-Ni合金絲壓入片內(nèi)；3）氧彈充完氧后一定要檢查確信其不漏氣，并用萬用表檢查兩極間是否通路；4）將氧彈放入量熱儀前，一定要先檢查點(diǎn)火控制鍵是否位于“關(guān)”的位置；點(diǎn)火結(jié)束后，應(yīng)立即將其關(guān)上。3.結(jié)果與討論3.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果萘的恒容摩爾燃燒熱ΔCUm=-5107KJ/mol；萘的恒壓摩爾燃燒熱ΔCHm=-5102KJ/mol。3.2結(jié)果分析1）與文獻(xiàn)值比對(duì)查找相關(guān)文獻(xiàn)得知萘的恒壓燃燒熱為-5153.9kJ/mol。絕對(duì)誤差：5102-5153.9=-51.9kJ/mol相對(duì)誤差：51.9/5153.9=1.0%由QP’=51.9kJ/mol，QP=68.0kJ/mol，知：QP’<QP2）誤差分析由上面的結(jié)果我們可以看到相對(duì)誤差較小，絕對(duì)誤差也小于儀器帶來的系統(tǒng)誤差，下面討論除儀器精度外的其他誤差因素。本實(shí)驗(yàn)實(shí)際為非絕熱體系，我們只是盡量讓熱散失與熱吸收的量相等。但實(shí)際操作中，由于燃燒物質(zhì)量因素，造成了燃燒升溫不足或略高，使得體系有了一定的凈吸熱或放熱。最終燃燒后的體系溫度比理想絕熱條件下的溫度高或低，從而影響了最后的結(jié)果。盡管雷諾圖進(jìn)行了溫差的修正，但仍然無法完全使測(cè)量情況與絕熱環(huán)境一致，且繪圖本身也存在著誤差。一些小的誤差因素：3000ml水有濺出，壓片稱量后有少量顆粒脫落，計(jì)算熱容時(shí)忽略了消耗NaOH所相當(dāng)?shù)臒岙?dāng)量5.98V，這些因素都會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響。3.3補(bǔ)充和思考1）關(guān)于異常值的討論在計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集的溫差值數(shù)據(jù)中，出現(xiàn)了數(shù)次錯(cuò)誤的“0.235K”，這在實(shí)驗(yàn)一中也出現(xiàn)過。這是JDW-3F精密電子溫差測(cè)量儀的問題，因此在處理數(shù)據(jù)時(shí)要這些壞點(diǎn)去掉。出現(xiàn)錯(cuò)誤的原因是儀器在采集快速變化的溫度數(shù)據(jù)時(shí)表現(xiàn)出的“時(shí)滯”，即無法及時(shí)獲取正確的采樣值，只能用自動(dòng)取默認(rèn)值填充。2）實(shí)驗(yàn)改進(jìn)我認(rèn)為可以這樣更好的模擬絕熱環(huán)境：在外桶加冷卻水管，電阻加熱管，電子感溫探頭（內(nèi)筒和外筒各一個(gè)），并由單片機(jī)控制形成雙反饋環(huán)電路，使得在實(shí)驗(yàn)過程中使外套筒內(nèi)水溫變化始終跟蹤著內(nèi)筒水溫的變化。這樣只要內(nèi)桶水溫變化速率不太大，環(huán)境與體系的溫度便能始終保持大致相同，從而達(dá)到絕熱的目的。3）心得體會(huì)熱是一個(gè)很難直接準(zhǔn)確測(cè)定的物理量，而在本實(shí)驗(yàn)采用比較容易準(zhǔn)確測(cè)量的溫度來代替燃燒熱，這種方法在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中是一種比較常用的方法，我們應(yīng)該理解這種思想并能將其靈活運(yùn)用到其他實(shí)驗(yàn)中。在實(shí)驗(yàn)過程中，我們用到了一些儀器設(shè)備都需要特別注意安全，此外在實(shí)驗(yàn)中要耐心細(xì)致，不能操之過急，否則會(huì)造成諸多麻煩，浪費(fèi)很多時(shí)間。本次實(shí)驗(yàn)對(duì)我們的實(shí)驗(yàn)精神品質(zhì)進(jìn)行了訓(xùn)練，收獲頗豐。參考文獻(xiàn)：[1]崔獻(xiàn)英,柯燕雄,單紹純.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].中國科技大學(xué)出版社,2000:29~32.[2]付獻(xiàn)彩,沈文霞,姚天揚(yáng),侯文華.《物理化學(xué)》（第五版）下冊(cè)[M].南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，高等教育出版社,2005.附件：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1.數(shù)據(jù)記錄儀器藥品參數(shù)Cu-Ni合金絲的密度：0.9983mg/cm苯甲酸的恒容燃燒熱：26.460kJ/g長度誤差Δl=n*0.1cm質(zhì)量誤差Δw=0.0001g溫度誤差ΔT=0.05實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)外套溫度：17.1℃（苯甲酸），18.5℃（萘）Cu-Ni合金絲質(zhì)量0.02合金絲剩余質(zhì)量0.012“壓片”總質(zhì)量0.8311g苯甲酸：Cu-Ni合金絲質(zhì)量0.0212g合金絲剩余質(zhì)量0.0076g“壓片”總質(zhì)量0.6276g萘：另外計(jì)算機(jī)通過JDW-3F精密電子溫差測(cè)量儀自動(dòng)采集溫差數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理繪制雷諾校正圖使用origin軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)做雷諾校正圖并去除壞點(diǎn)，得到FigA1、FigA2如下：FigA1.FigA2有圖可得：ΔT1=0.7398-(-0.7483)=1.4881℃ΔT2=0.9302-(-0.7521)=1.6823℃計(jì)算氧彈卡計(jì)的熱容Cu-Ni合金絲燃燒掉的質(zhì)量：Δm=0.0211-0.0124=0.0087g反應(yīng)過程中Cu-Ni合金絲燃燒的長度：l=Δm/ρ=0.0087*1000/0.9983=8.7148cm苯甲酸質(zhì)量：m=0.8311-0.0211=0.8100gC卡=Q/ΔT≈(mQv+2.9l)/ΔT=(0.8100*26460+2.9*8.7148)/1.4881=14387J/k計(jì)算萘的恒容和恒壓燃燒熱Cu-Ni合金絲燃燒掉的質(zhì)量：Δm=0.0212-0.0076=0.0136g反應(yīng)過程中Cu-Ni合金絲燃燒的長度：l=Δm/ρ=0.0136*1000/0.9983=13.623cm苯甲酸質(zhì)量：m=0.6276-0.0212=0.6064g萘的恒容燃燒熱QV=(C卡ΔT-2.9l)/m×M=（14387*1.6823-2.9*13.623）/0.6064*128.18=5107KJ/mol由反應(yīng)式C10H8(s)+12O2(g)10CO2(g)+4H2O(l)得：n=-2萘的恒壓燃燒熱QP=QV+nRT=5107698-2*8.314*(18.5+273.15)=5102KJ/mol計(jì)算絕對(duì)誤差質(zhì)量誤差m=2*W=2*0.0001=0.0002g溫差誤差(T)=2*0.005=0.01℃溫度誤差T=0.05℃由C卡=(mQv+2.9l)/ΔT=(mQv+2905m’)/ΔT，得：==14387*0.01/1.4881+0.0002*(26460+2905)/1.4881=100.63J/K由