物化试验-燃烧热的测定

1、实验 2 燃烧热的测定姓名：邓晖；学号： 2010011986；班级：材 03 班；同组实验人员：覃兆童 实验日期： 2012-4-14 ；提交报告日期： 2012-4-27 ； 带实验的助教姓名：陈双龙1 引言(简明的实验目的 / 原理)1.1 实验目的1 熟悉弹式量热计的原理、构造及使用方法。2 明确恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别及相互关系。3 掌握温差测量的实验原理和技术。4 学会用雷诺图解法校正温度改变值。1.2 实验原理在指定温度及一定压力下， 1mol 物质完全燃烧时的定压反应热，称为该物质在此温度下的摩尔燃烧热，记作 cHm。通常，完全燃烧是指 S CO2 (g), H2T H20

2、( I), St SO(g), 而N卤素、银等元素变为游离状态。由于在上述条件下 H = Qp,因此 cHm也就是该物 质燃烧反应的等压热效应 Qp。在实际测量中,燃烧反应在恒容条件下进行(如在弹式量热计中进行),这样直接测得的是反应的恒容热效应 Qv (即燃烧反应的厶cUm)。若反应系统中的气体均为理想气体，根 据热力学推导, Qp 和 Qv 的关系为Qp QV nRT( 1)式中：T 反应温度，K ; n 反应前后产物与反应物中气体的物质的量之差；R 摩尔气体常数。通过实验测得Qv值，根据上式就可计算出 Qp,即燃烧热的值。5、TncTiiirn2斗9弹式量热计的基本原理是能量守恒定律。样

3、品完全燃烧所释放的能量使得氧弹本身及同其中的氧弹、测温器件、搅拌器和水便近似构成一个绝热体系。测量热效应的仪器称作量热计。量热计的种类很多。一般测量燃烧热用弹式量热计。水桶与外水套之间以空气隔热。同时，还对内水桶的外表面进行了电抛光。这样，内水桶连本实验所用量热计和氧弹结构如图2-2-1和图2-2-2所示。实验过程中外水套保持恒温，内ffl? 5-1 SWPgMf图哥2 2 觐弹1弹体；P弹幅：34 兜吒阀门：5-血气阀仃勺 A览阪：禮烧址从玄景周围的介质和量热计有关附件的温度升高测量介质在燃烧前后的变化值，就可求算该样品(2)1的恒容燃烧热。Qv K ? T Qv棉线？ m棉线 Qv点火丝？

4、m点火丝 Mrkg mol- ; K仪Qv棉线,Qv点火丝分别式中：m为待测物的质量，kg ； Mr 为待测物的摩尔质量，器常数，kJC1 ； T 样品燃烧前后量热计温度的变化值;为棉线和点火丝的恒容燃烧热（-16736 和一 3243k J kg) m棉线,m点火丝分别为棉线和2-2-1 及图 2-2-3)点火丝的质量，kg。先燃烧已知燃烧热的物质（如苯甲酸），标定仪器常数 K,再燃烧未知物质，便可由上式计算出未知物的恒容摩尔燃烧热，再根据（1 ）式计算出摩尔燃烧热。2实验操作2.1实验用品、仪器型号及测试装置示意图2.1.1实验用品弹式量热计1套；2000ml容量瓶1个；1000ml容量瓶

5、1个；水盆1个（容量大于 3000ml）;电脑一台（用于采集数据）；压片机、镍丝、棉线、万用表、分析天平、剪刀、氧气瓶及减 压阀公用。萘（AR；苯甲酸（AR。2.1.2仪器型号SR-1数显热量计控制器;氮氧式热量计。2.1.3测试装置示意图（如图2.2实验条件（实验温度、湿度、压力等）室温、常压2.3实验操作步骤及方法要点实验操作步骤方法要点1仪器常数的测定1、样品要适量，太多太少都样品准备会造成误差。取合适长度镍丝和棉线各一根，分别在分析天平上准确2、棉线要绑牢样片，否则操称量。作过程中容易脱落。在台秤上称量0.8g左右的苯甲酸，在压片机上压成片3、注意检查氧弹内各个部状，取出药片并轻轻去掉

6、粘附在药片上的粉末，用称好的棉件及点火丝，不要使电极线捆绑在药片上，固定好。将镍丝穿入棉线，在分析天平上两端短路，保证电流通过准确称量。点火丝。将苯甲酸片上的镍丝固定在氧弹的两根电极上，如图4、氧弹充气过程中，人员应2-2-3，用万用表检查是否通路。确认通路后旋紧弹盖，通入站在侧面，一只手要始终1.0MPa氧气，然后将氧弹放入内水桶，接上点火电极。抓住充气阀，以免意外情仪器准备况下弹盖或阀门向上冲打开量热计电源，开动搅拌，将温度传感器置于外水套出，发生危险。中，观察温度显示。待温度稳定后，记卜温度。5、在步骤2中用水盆调节水用水盆接取自来水（大于3000ml）,将温度传感器放入温，水温调好后应

7、迅速量水盆中，不断搅动，通过加入凉水或热水调节水温，使温度取，不要放置时间过长，低于外水套0.8-0.9 C左右。准确量取 3000ml，倒入内桶。以免水温变化过大。6、对棉线和镍丝的量取不能过少也不能过多，应当适量1Hc rD1LBtMIM-27 Ur&Kd li燃烧测量盖上桶盖，将温度传感器插入内桶，开动搅拌。打开计 算机选择数据采集，单击计算机界面中开始。 观察温度显示， 当温度没有变化，走过一段平稳的基线后（2分钟左右），按下点火键，如果点火成功，过半分钟左右温度应升高。温度 不再升高后，继续记录一段水平线，再将铂电阻温度计探头 放入外水套中，直到温度没有变化（温度曲线为水平状

8、），单击完成，并命名存盘。停止搅拌，取出氧弹，放出燃烧废气，打开盖子，观察 燃烧是否完全，取出剩余镍丝准确称量（去掉有熔融小球）。取出并擦净氧弹，小心取下搅拌放好，将内水套桶中的水倒 入水盆中，擦净水桶。2.未知物测量取0.6g左右的萘，同上述操作方法。3结果与讨论3.1实验数据处理3.1.1实验室电脑数据处理方法选择并双击物理化学实验，选择并双击燃烧焓测定，输入镍丝、棉线、剩余镍丝、总质量及标准只样品和被测样品的摩尔质量，点击打开，选择并打开文件，交替移动光标1和2到点火前一段平稳的基线位置，点击线性拟合1，交替移动光标1和2到完全燃烧后温度不变的位置（水平线位置），点击线性拟合 2,交替移

9、动光标移动到外套水温曲线位置，点击 线性拟合3,移动光标，将绿色光标放在拟和曲线3与升温曲线的交点上，蓝色光标放在升 温曲线上的任何位置，点击计算H ;如果线性拟合交点不理想，点击刷新，移动光标重新拟合。确定后，点击提交，峰高值就会显示出来。两条曲线都处理完成后，点击计算处理， 就可以得到被测样品的燃烧焓值。这样做是因为使内水桶完全绝热是很困难的，总会有内外水套之间的热交换。为了校正这部分热损失，需在升温曲线上找出与外水套温度相等的点，过此点作垂线与曲线的两条始末阶段直线的外延线相交于两点，此二点之间的距离即为校正后的h值。3.1.2实验室计算机处理结果苯甲酸被测样品萘镍丝0.0261g镍丝0

10、.0250g棉线0.0129g棉线0.0092g制片后总重0.8755g制片后总重0.6629g反应后镍丝质量0.0185g反应后镍丝质量0.0222g外桶温度21.636 C外桶温度21.847 CM1122.12M2128.17曲线峰高134.6237曲线峰高151.5822被测物质燃烧焓=5095.4729kJ/mol3.1.3其他数据项目数值（单位）棉线燃烧内能变1-16736 kJ kg 1镍丝燃烧内能变1-3243 kJ kg苯甲酸燃烧内能变1-26487 kJ kg 1苯甲酸在298.2K时的燃烧热Qp= 3226.9kJ mol 13.2利用公式计算的数据、结果3.2.1用or

11、igin软件拟合如下图 苯甲酸曲线峰高132.61mV,萘曲线峰高152.60mV。550500 -450-(257.5 L5g7 01(257.51,487.17)(257,51.434 79)40G 1-r11105001000图1苯甲酸电势随时间变化图650-1500-550 -500 -JL(259.46,482 47)450 -|1j0 200400600时 fHj/s10001200由图1和图2可以看出:图2萘的电势随时间变化图322计算数据（1）先由苯甲酸曲线峰高计算仪器常数K，将实验数据带入公式：Qv K? T Qv 棉线？ m棉线 Qv点火丝？ m点火丝 Mr知道以下数据：苯

12、甲酸总质量m=0.8365g,Mr =122.12g，Qp=-3226.9kJ/mol，m棉线= 0.0129g，m镍丝（燃烧部分）=0.0076g ；由公式：Qp QvnRT且化学反应式：C6H5COOH （固）O2（气）7CO2（气）3H2O（液）2Qv=-3226.0- （-0.5）*8.314*298.2/1000=-3225.7 kJ/mol进一步计算得到 K=-168.43J/mv电位差（2 ）由K计算萘的燃烧热知道以下数据： m=0.6287g，Mr=128.17g，m 棉线=0.0092g,m镍丝(燃烧部分) =0.0028g ；得到 Qv=-5206.6kJ。反应方程式为：C

13、10 H8 (s) + 12 O2 (g) = 10 CO 2 (g) + 4 H2 O(l) ， n 2molQp QvnRT =-5211.5kJ/mol。3.3讨论分析（1） 萘摩尔燃烧焓的文献值为-5153.9 kJ/mol （ 298.15K，101325Pa）:采用计算机软件进行数据处理得到的结果为-5095.4729kJ/mol，相对偏差为1.13%;运用公式计算得到的结果为-5211.5kJ/mol，相对偏差为1.12%。可见计算结果较精确。（2）误差分析：本实验中测量步骤较多，易引起误差；但认为操作时误差来源的关键，如 燃烧未完全，内桶未完全绝热，调节水温后因放置时间太久而又

14、引起温差等等。（3）数据拟合：此实验中选取线段拟合非常的关键，因为在其他条件不变的情况下，任意 改变一个点的位置， 所得的直线差别很大， 最后所算的的燃烧热差别则将进一步扩大， 所以 选取适当的线段拟合非常关键。（4）点火常出现问题，若点火未成功，一般有以下几个原因： 深入弹体内部的电极和氧弹壁接触短路； 连接燃烧丝的电炉断了，应用万用表检查； 弹内氧气不足，应取出氧弹检查；样品脱落，未燃烧成功。（5）实验成功的关键首先是水温的调节，要使水的温度低于外水套温度约0.6 C左右，但水加入仪器中之后会有一定地升高，因而在调节水温的时候应该使水的温度低于外水套温度约0.6-0.7 C左右，温度调节的

15、比较准确是这次实验比较成功的主要原因。 另一个重要因素是棉线的选取。 棉线 的引入是造成误差的重要因素， 因此应该选取少量棉线， 以满足固定药片的要求即可， 质量 过大的棉线和镍丝则在反应中不能被忽略， 也会影响实验结果。 实验中还忽略了温度对恒温 热容的影响。 应该说这些是实验本身的系统误差， 但在实验过程中必须尽可能减少误差。 这 次测定燃烧焓误差允许在 10%以内，实验结果还是比较令人满意的。4 结论（1）通过用已知物质苯甲酸测量，对仪器常数进行标定，测得待测物质萘的燃烧焓为 -5211.5kJ/mol 。（2）通过这个实验，特别对雷诺图解法有了更进一步的了解，对数据的处理有了更好的掌

16、握等。5 参考文献1 北京大学化学院物理化学实验教学组 物理化学实验 北京：北京大学出版社， 2002 4445.2 清华大学化学系物理化学实验编写组 . 物理化学实验 . 北京：清华大学出版社， 1991:26-37.3 复旦大学等物理化学实验北京：高等教育出版社，1992 43 47.6 附录6.1 思考题1. 本实验中如何考虑系统与环境？系统与环境通过哪些途径进行热交换？这些热交换 对结果影响怎样？如何校正？ 答：本实验的研究系统是量热器内筒，环境为内筒之外的空间。系统可选为内水桶本 身及其内部装的水、氧弹式量热器以及其中的全部药品设备、外加内水桶配套的搅拌器 等设备；环境则是外水槽及其内部装的水。通过热辐射、热传导进行热交换，损失一部 分热量，可能引起实验结果偏低。我们是通过雷诺图解法校正的。2. 使用氧气应注意那些问题？答：