燃烧热的测定剖析

1、华南师范大学实验报告学生姓名学 号专 业年级、班级课程名称实验项目实验类型试验时间实验指导老师实验评分燃烧热的测定【实验目的】1、明确燃烧热的定义，了解定压燃烧热雨定容燃烧热的差别。2、掌握量热技术的基本原理；学会测定萘的燃烧热 .3、了解氧弹量热计的主要组成及作用，掌握氧弹量热计的操作技术。4、学会雷诺图解法校正温度改变值。【实验原理】物质的标准摩尔燃烧热是指 1mol 物质在标准压力下完全燃烧时所放出的热 量。在恒容条件下测得的 1mol 物质的燃烧热称为恒容摩尔燃烧热 （Qv，m），数值 上等于燃烧过程热力学能变化（ rUm）。在恒压条件下测得的 1mol 物质燃烧热 称为恒压摩尔燃烧热

2、（ Qp，m），数值上等于等于燃烧过程的摩尔焓变（ rHm）。 若参加反应的是标准压力下 1mol物质，则恒压热效应 rHm即为该有机物标准摩 尔燃烧热 cHm。若把参加反应的气体和反应生成的气体作为理想气体处理，则有下列关系 式：Qp，m=QV，m+（ VB） RT（3-4 ）本实验采用氧弹热量计为测量仪器。 氧弹是一个特制的不锈钢容器， 耐高温、 高压、腐蚀，密封性好，是典型的恒容容器。测定时样品应压片，防止充氧或燃 烧时飞散。量热反应测量的基本原理为能量守恒定律。 热是一个很难测定的物理量， 热 量的传递往往表现为温度的改变，而温度却很容易测量。在盛有定水的容器中， 样品物质的量为 n

3、摩尔，放入密闭氧弹充氧， 使样品完全燃烧， 放出的热量传给 水及仪器各部件，引起温度上升。设系统（包括内水桶，氧弹本身、测温器件、 搅拌器和水）的总热容为 C（通常称为仪器的水当量，即量热计及水每升高 1K 所需吸收的热量），假设系统与环境之间没有热交换，燃烧前、后的温度分别为T1、T2，则此样品的恒容摩尔燃烧热为 :QV ,mC（T2 T1）（3-5）n式中， Qv,m为样品的恒容摩尔燃烧热 （Jmol-1）；n 为样品的摩尔数（ mol）；C为仪器的总热容 （JK -1或 J / oC）。图 1 氧弹量热计构造示意图图1、氧弹2、内水桶（量热容器）3、电极4 、温度计5、搅拌器 6 、恒温

4、外套1357图 2 氧弹构造示意图 厚壁圆筒； 2弹盖 螺帽； 4 进气孔 排气孔； 6电极 电极（也是进气管）式 3-5 是最理想、最简单的情况。但是，由于氧弹量热计不可能完全绝热， 热漏在所难免。 因此，燃烧前后温度的变化不能直接用测到的燃烧前后的温度差 来计算，必须经过合理的雷诺校正才能得到准确的温差变化。 而且多数物质不能 自燃，如本实验所用萘，必须借助电流引燃点火丝，再引起萘的燃烧，因此，式 3-5 左边必须把点火丝燃烧所放热量考虑进去就如下式：nQV,m m点火丝Q点火丝 C T（3-6）式中： m点火丝为点火丝的质量， Q点火丝为点火丝的燃烧热，为 - 6694.4 J / g，

5、 T 为校正后的温度升高值。仪器热容的求法是用已知燃烧焓的物质 （ 如本实验用苯甲酸 ） ，放在量热计中 燃烧，测其始、末温度，经雷诺校正后，按上式即可求出C。虽采取了多种措施， 但热漏还是无法完全避免， 因此， 温度变化值必须经过 雷诺校正【仪器与试剂】1. 仪器SHR-15 氧弹量热计 1 台； SWC-D 精密温度温差仪 1 台；压片机 1台；充氧 器 1 台；氧气钢瓶 1 个； 1100温度计一支；万能电表一个2. 试剂点火丝、苯甲酸 （AR）；萘（ AR ）【实验步骤】1、测定氧氮卡计和水的总热容量（ 1）样品压片：用天平称取约 0.5g 苯甲酸，再用分析天平准确称取一根铁 丝质量，

6、从模具的上面倒入己称好的苯甲酸样品， 压片。在分析天平上准确称重。 分别准确称量记录好数据，即可供燃烧热测定用。（2）装置氧弹、充氧气：拧开氧弹盖，将氧弹内壁擦净，将点火丝的两端分 别绑紧在氧弹中的两根电极上， 选紧氧弹盖， 将氧弹放在充氧仪台架上， 打开充 气阀，充入 0.9MPa 氧气，再放清氧弹内气体，重复三次充放步骤。最后用万用 表欧姆档检查两电极是否通路。（3）燃烧温度的测定：将氧弹放入量热计内简。用量筒称 2800mL 自来水， 倒入水桶内，盖好盖子，此时用普通温度计读出水温。接好电极，盖上盖了，打 开搅拌开关。 将普通温度计取出换上贝克曼温度计待温度稳定上升后， 每隔半分 钟读取

7、贝克曼温度计一次，连续记录 5min，得到燃烧前的温度，此刻按下点火 键，仍然半分钟读数记录一次，直到温度升到最高点开始下降后仍然记录 5min 作为燃烧结束后期温度，方可停止实验。（4）实验停止后，取出贝克曼温度计，拿出氧弹，放气，开盖，检查是否燃 烧完全，取出剩余点火丝称重，倒水，擦干设备。2、萘燃烧热 Qv 的测定（1）称取约 0.5g 的萘，同上实验操作进行。（2）最后倒去自来水，擦干铜水桶待下次实验用【数据处理】室温： 22.0查文献可知： QV（苯甲酸 ,s）-26460J/g1. 图解法求 T，计算卡计热容 C苯甲酸 +点火丝点火丝实验后点火丝苯甲酸损耗点火丝0.5269g0.0

8、146g0.0092g0.5123g0.0054g苯甲酸的燃烧温度时间表 （每半分钟记录一次 ）时间 /0.5min温度 T（）时间 (t)/min温度 T （）时间 (t)/min温度 T（）118.4741519.3542919.508218.4751619.3873019.509318.4751719.4113119.511418.4761819.4303219.512518.4761919.4463319.513618.4772019.4583419.515718.4782119.4693519.516818.4782219.4773619.516918.4942319.4843719

9、.5171018.7222419.4903819.5171118.9882519.4953919.5181219.1552619.4994019.5181319.2472719.5024119.5181419.3082819.505使用 origin 制得温差校正图T 19.503 18.502=1.001由公式 nQV,m m点火丝 Q点火丝 C T得：C= 13505.80 J/2. 计算萘的恒容摩尔燃烧热萘+点火丝点火丝实验后点火丝萘损耗点火丝0.5880g0.0141g0.0082g0.5739g0.0059g时间 /0.5min温度 T（）时间 (t)/min温度 T（）时间 (t)

10、/min温度 T（）119.5061520.9112921.182219.5061620.9773021.184319.5051721.0213121.186419.5051821.0573221.186519.5041921.0873321.187619.5042021.1093421.187719.5042121.1253521.188819.5042221.1393621.187919.5252321.1503721.1861019.7742421.1583821.1861120.1132521.1653921.1861220.4122621.1714021.1851320.657272

11、1.1764121.1841420.8112821.1794221.184使用 origin 制得温差校正图T 21.212 19.510=1.702由公式 nQV ,m m点火丝 Q点火丝 C T 得 :QV,m= 40122.61 J/g =5142.51 kJ/mol3. 计算萘的恒压摩尔燃烧热反应方程式： C10H8 s 12O2 g10CO2 g 4H 2O lB（g） 2B代入 Qp，m=QV，m+（VB）RT 解得： Qp，m=-5147.42 kJ/mol 即 22.0 时萘的燃烧焓为：cHm （22.0） -5147.42 kJ/mol4. 由基尔霍夫定律将 cHm（T）换成

12、 cHm （298.15K），并与文献比较 Cp，m（CO2,g）=37.13 J/mol?KCp，m（H2O,l）=75.30 J/mol?KCp，m（萘,s） =142.2 J/mol?KCp，m（O2,g）=29.36 J/mol?KCp，m 10Cp，m（ CO2,g） 4Cp，m（H2O,l） Cp，m（萘 ,s） 12Cp ，m（ O2,g） 177.98 J/mol?K cHm（25.0） cHm（ 22.0） Cp T 5147.42177.98 （25.022.0） 10-3 5146.89 kJ/mol文献值为： -5153.8 kJ/mol相对误差为 （ 5146.89+

13、5153.8）/（ 5153.8） =0.13%误差分析：产生误差的原因除了仪器误差之外，主要还有以下几个方面：1. 使用雷诺图解法时，要做切线，切线分别表示正常温度上升和量热系统温度降 低，切线拟合的结果对 T 的影响很大，故雷诺作图时会引入误差。2. 萘为易挥发性物质，挥发损失一定的质量，给实验带来误差。3. 氧弹内可能存在少量空气，空气中 N2 氧化生成硝酸会产生热量，引入误差。4. 量取水使用的 2000mL 量筒的称量误差较大，两次量水的体积可能不同，从而 造成系统的总热容 C 不一样。【提问与思考】1、什么是燃烧热？它在化学计算中有何应用？答：在标准压力下时， 1 mol 可燃物完

14、全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量， 叫做该物质的燃烧热单位为 kJ/mol。在化学计算中，可用于求反应热。2、什么是卡计和水的热当量？如何测得？ 答：卡计和水当量就是量热仪内筒水温每升高一度所吸收的热量 （即量热计的热 容量）。单位是 ：焦耳/ 度 测法：用已知燃烧焓的物质，放在量热计中燃烧，测量其始、末温度，经雷诺校正后，按下式：nQV,m m点火 丝 Q点火丝CT即可求出。3、测量燃烧热两个关键要求是什么？如何保证达到这两个要求？ 答：实验关键：点火成功、试样完全燃烧是实验成败关键，可以考虑以下几项技 术措施： 试样应进行磨细、烘干、干燥器恒重等前处理，潮湿样品不易燃烧且有 误差。 压片紧实度： 一般硬到表面有较细密的光洁度， 棱角无粗粒， 使能燃烧又 不至于引起爆炸性燃烧残剩黑糊等状。 点火丝与电极接触电阻要尽可能小，注意电极松动和铁丝碰杯短路问题。 充足氧并保证氧弹不漏氧， 保证充分燃烧。 燃烧不完全， 还时常形成灰白 相间如散棉絮状。4、实验测量到的温度差值为何要经过雷诺作图法校正，还有哪些误差来源会影 响测量的结果？答：实际上，