物化实验报告燃烧焓

1、燃烧焓的测定张磊楠 2008030054燃烧焓的测定姓名：张磊楠学号：2008030054班级：生 86同组实验者：石穿实验日期：2010 年 4 月 14 日提交报告日期：2010 年 4 月 15 日带实验助教：江寅1引言1.1实验目的1. 使用弹式量热计测定萘的燃烧焓。2. 了解量热计的原理和构造，掌握其使用方法。3. 掌握热敏电阻测温的实验技术。1.2实验原理当产物的温度与反应物的温度相同，在反应过程中只做体积功而不做其它功时，化学反应吸收或放出的热量，称为此过程的热效应，通常亦称为“反应热”。热化学中定义:在指定温度和下，一摩尔物质完全燃烧成指定产物的焓变，称为该物质在此温度下的摩尔

2、燃烧焓，记作CHm。通常，C、H 等元素的燃烧产物分别为 CO2(g)、H2O(l)等。由于上述条件下 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，燃烧反应常在恒容条件下进行(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（即燃烧反应的摩尔燃烧内能变 CUm）。若反应系统中的气体物质均可视为理想气体，根据热力学推导，CHm 和 CUm 的关系为:（1）式中，T 为反应温度(K);CHm 为摩尔燃烧焓(J·mol-1);CUm 为摩尔燃烧内能变(J·mol-1)；vB(g)为燃烧反应方程中各气体物质的化学计量数。产物取正值，反

3、应物取负值。通过实验测得 QV 值， 根据上式就可计算出 Qp，即燃烧焓的值 CHm。- 1 -燃烧焓的测定张磊楠 2008030054图 1 氧弹的构造测量热效应的仪器称作量热计，量热计的种类很多，一般测量燃烧焓用弹式量热计。本实验是用氧弹式量热计进行萘的燃烧焓的测定，结构如上图。实验过程中外水套保持恒温，内水桶与外水套之间以空气隔热。同时，还把内水桶的外表面进行了电抛光。这样，内水桶连同其中的氧弹、测温器件、搅拌器和水便近似了一个绝热系统。量热仪的外桶盖为提升式。将其向上提到限位高度，顺时针旋转约 90 度，便可停放住。点火电极的上电极触头、内水桶搅拌器及测温器件均固定在外桶盖上，当把桶盖

4、旋转到适当位置降下时，它们便都处于预置。搅拌器的马达也固定在外桶盖上，其电源线及点火电极连线经桶盖内部与量热仪的电控部分连通。氧弹的另一极经弹杯、内水桶及外水套与电控部分连通。将待测燃烧物质装入氧弹时，充入足够的氧气。氧弹放入装有一定量水的内桶中，盖好外桶盖。以电控部分各开关搅拌并实现燃烧点火，用热敏电阻作为测温元件，用电子自动平衡仪连续内桶水温度的变化。当温度变化不大时，可以认为热敏电阻阻值变化与温度变化成正比；当阻值变化不大时，电桥的不平衡电势 U 与阻值变化成正比。所以 UT由于U 与仪的曲线峰高h 成正比，故T=ah（2）式中 a 为比例常数。设系统（包括所有内水桶中的物质）的热容C

5、为常数，则当某样品连同辅助物质棉线、金属丝燃烧后，下式成立：· mBåD U= CDT = CaDh = KDh（3）c BMB式中： Dc UB物质 B 的摩尔燃烧内能变，J·mol-1mB物质B 的质量，kgMB -物质 B 的摩尔质量 ，kg·mol-1C-系统热容，也称能当量或水当量 J·K-1K仪器常数，J·mm-1Dh -仪曲线峰高， mm先燃烧已知燃烧焓的物质（如苯甲酸），标定仪器常数K，再燃烧未知物质，便可由上式计算出摩尔燃烧内能变。2实验操作2.1实验仪器及药品实验仪器：GR3500 型弹式量热计 1 套；热敏电阻

6、1 支（约 2k）；大学化学实验计算机接口：温度计 1- 2 -燃烧焓的测定张磊楠 2008030054支：2000ml，1000ml 容量瓶各 1 个；3000ml 装水盆 1 个；镊子 1 把，压片机、镍丝、棉线、万用表、台秤、分析天平、剪刀、尺子、氧气瓶公用。实验药品：分析纯的苯甲酸和萘。2.2 实验操作步骤及方法要点2.2.1 样品准备在台秤上称量约 0.8g 苯甲酸，在压片机上压成片状，取出药片并轻轻去掉黏附在药品上的粉末， 用棉线绕在药片上，将镍丝穿入棉线后在分析天平上准确称量。将苯甲酸片上的镍丝紧拴在氧弹的两根电极上。用万用表检查是否通路，旋紧弹盖。通入 1.0MPa 的氧气。充

7、气后再检查是否通路与漏气，然后将氧弹放入内水桶内。2.2.2 仪器准备接好线路，先将热敏电阻放入外水套，后将热敏电阻放入水盆中，调节水温，使内外大约相差0.6 度。准确称取水 3000ml 倒入内桶中，盖好桶盖。打开量热仪电源，开动搅拌器，接下导通实验开关。2.2.3燃烧当基线走成直线后接下升温结束后走出直线后停止，若在半分钟之内迅速移动表示点火。关掉，待笔所指位置仪。停止搅拌，取出热敏电阻放入外水套中，此时为内外水套温度相等处。用电脑软件进行数据处理。切断量热仪热源，取出氧弹，放出燃烧废气。旋开弹盖，检查样品是否燃烧完全，若有黑色物质，实验失败。若燃烧完全，将剩余鎳丝取下称量， 倒出内水桶水

8、，将氧弹洗净、擦干。2.2.4 测量未知样品外水套温度。在台秤上面称取约 0.6g 萘，重复以上操作。2.2.5 实验结束整理仪器，用计算机拟合数据线并求出萘的燃烧焓，实验结束。2.2.6 实验注意事项1称取样品不可过量，否则会升温过高，信号超出量程。2氧弹充气后一定要检查确信其不漏气，而且要再次检查两电极间是否通路。3将氧弹放入量热仪前，一定要先检查点火掉。键是否位于“关”的位置。点火结束后，即将其关4氧弹充气操作过程中，人应站在侧面，以免意外情况下弹盖或阀门向上冲出发生。3结果与讨论3.1原始实验数据表 1实验原始数据被测项目苯甲酸萘棉线质量（g） 镍丝总质量（g） 总质量（g）镍丝剩余质

9、量（g）外水套温度（）0.00200.00830.81150.004514.314122.12127.97020.00240.00820.62700.004715.140128.17151.7004被测物量峰高h（mV）- 3 -燃烧焓的测定张磊楠 20080300543.2计算的数据、结果选择并双击，选择并双击，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，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，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，交替移动光标移动到外套水温曲线位置，点击，移动光标，将绿色光标

10、放在拟和曲线与升温曲线的交点上，光标放在升温曲线上的任何位置，点击；如果线性拟合交点不理想，点击，移动光标重新拟合。确定后，点击，峰高值就会值。两条曲线都处理完成后，点击，就可以得到被测样品的燃烧焓图 2 苯甲酸处理曲线图- 4 -计算处理提交刷新计算H线性拟合 3线性拟合 1线性拟合 2燃烧焓测定打开物理化学实验燃烧焓的测定张磊楠2008030054图 3 萘处理曲线图用计算机计算出萘的燃烧焓为-5218.7002 KJ/mol接下来用公式（3）及修正公式（1）计算萘的燃烧焓。· mB已知 åD U= CDT = CaDh = KDh ， 棉线和镍丝的燃烧内能变为-167

11、36KJ/Kg 和c BMB-3243KJ/Kg，苯甲酸摩尔燃烧焓为-3231.3KJ/mol 1mol 苯甲酸完全燃烧反应方程式：C7H6O2+7.5O27CO2+3H2O即可得出B(g)=-0.5 代入(1)式：得出苯甲酸摩尔燃烧内能变为-3230.1KJ/mol则（3）等号左边为-3230.1*1000*(0.7364-0.0039-0.0083)/122.12-16736*0.0039-3243*0.0007J即-19222.6J，求得 K=-196.963J/mV对于被测样品萘，（3）等号右边为-25956.5J左边为CU*1000*(0.6269-0.0041-0.0081)/12

12、8.17-16736*0.0041-3243*0.0013J求得萘的CU 为-5396.96KJ/mol 1mol 萘的完全燃烧反应方程式：C10H8+12O210CO2+4H2O进而求得萘的摩尔燃烧焓为-5401.92KJ/mol，于计算机结果基本一致。- 5 -燃烧焓的测定张磊楠 20080300543.33.3.1 与标准值对比计算相对误差萘的标准摩尔燃烧焓约为-5153.8KJ/mol，计算相对误差得：| -5153.8-（-5218.7）|/|-5153.8|=1.26%3.3.2 误差分析本次实验在多个环节都引入了可能造成误差的操作，其中最主要的误差来自样品燃烧过程中量热计本身并不

13、能保证绝热，只能保证等容。因此，实测的温度变化值与恒容完全绝热体系的温度变化T 存在偏差，必须加以校正。于是我们在实验中采用雷诺作图法校正温度变化值，将实验测量的体系温度与时间数据作图，得曲线 CAMBD（见下图）在样品燃烧之前，由于体系被搅动做功和微弱吸热（环境比体系温度高）体系温度随时间微弱升高，见 CA 线段，A 点为样品点火时体系的温度，点火时，样品燃烧放出的热量使体系温度升高， 达到最高点 B，见 AB 线段，随后由于体系微弱放热（此时体系比环境温度高），温度随时间微弱下降，见线段 BD（。取 A、B 两点之间垂直于横坐标的距离的中点O 作平行于横坐标的直线交曲线于 M 点，通过 M

14、 点作垂线 ab，然后将 CA 线和 DB 线外延长交 ab 线于E 和F 两点。则 F 点与E 点的温差即为校正后的温度升高值T。本次实验中量热计绝热情况良好，热量损失很小，但由于搅拌不断引进少量能量，使燃烧后最高点不出现，随时间推移 BD 接近直线，如图中右边一幅所示，这时仍可按相同原理校正。本试验依靠上图中的那些线相对位置的差值来测量计算峰值，而且没有像上面所说的用中点来处理数据，而是加入了一条线外水桶温度的线也就是环境温度的线。因为我们认为环境温度是相对稳定的，所以用它作为参考的量将使实验结果更加准确。除了热交换外，还有很多因素能够引起误差：药品压片称量后仍可能在操作中损失很小一部分，

15、而且样品在空气中可能受潮；充入的氧气很难保证绝对纯净，内部会有空气（主要成分为氮气）存在，在样品燃烧时氮气将形成硝酸；样品燃烧完全后将剩余镍丝取下再次称量，如果不够镍丝可能沾上氧弹上的水，这样剩余镍丝质量将增大。，3.3.3 建议我们在做这个实验时，感觉最费时间的就是水温的调节，由于室温较低，外水套温度很低，用水管放了很久，内水套温度仅比外水套低 0.2°C，所以我们采取了给外水套加入热水的方法。由于外水套式环形的，所以调水温是加入一点热水，会导致水温变化很长一个时间段，搅拌装置并不能试水温在整个系统很快平衡，所以散热比较多，另外仪器的搅动生热也会使温度有所变化。所以我们建议可以使用

16、恒温水浴槽，提早设置好外水套温度，这样外水套温度也可以固定到计算机的系统里。另外可以把外水套温度舍得稍高一些，避免内水套温度难以减低，减少自来水放水减少水浪费，也可以准备冰块用以降温。- 6 -燃烧焓的测定张磊楠 20080300544结论本次实验测得萘的燃烧焓为-5218.7002 KJ/mol5参考文献基础物理化学实验，贺德华，麻英，张连庆，高等教育6 思考题6.1 本实验中如何考虑系统与环境？系统和环境通过哪些途径进行热交换？这些热交换结果影响怎样？如何校正？答：本实验中，把氧弹和内水桶看作孤立系统，把外水桶及其外部看作环境。氧弹和内水桶系统在燃烧过程中理论上绝热恒容。通过导热进行热交换，难以校正。6.2 使用氧气时要注意哪些问题？答：先将药片上的镍丝紧栓在氧弹的两根电级上，用万用表检查是否通路，旋紧弹盖，使用氧气时， 要拧紧盖子和气阀，防止漏气。充气时要先确认输氧口安装正确，当输氧口的气压达到 1MPa 时， 充氧完毕，将输氧口悬塞推出，取下输氧口，一定要检查确信氧弹不漏气，而且要再次检查两电极间（顶帽与弹盖间）是否通路。氧弹充气操作过程中，人应站在侧面，以免意外情况下弹盖或阀门向上冲出，发生。6.3 搅拌过快或过慢有何问题？答：搅拌过快会引起温度升高，使得温度不稳；搅拌过慢会导致各部分传热不均，不能很好的恒温。6.4