燃烧热的测定.doc

_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（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: （3-5）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 图2 氧弹构造示意图 1、氧弹 1厚壁圆筒；2弹盖2、内水桶（量热容器） 3螺帽； 4进气孔3、电极 4、温度计 5排气孔；6电极5、搅拌器 6、恒温外套 7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： （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，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，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0.5269g0.0146g0.0092g0.5123g0.0054g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（）118.4741519.3542919.508218.4751619.3873019.509318.4751719.4113119.511418.4761819.4303219.512518.4761919.4463319.513618.4772019.4583419.515718.4782119.4693519.516818.4782219.4773619.516918.4942319.4843719.5171018.7222419.4903819.5171118.9882519.4953919.5181219.1552619.4994019.5181319.2472719.5024119.5181419.3082819.505使用origin制得温差校正图19.50318.502=1.001由公式得：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)/min温度T（）119.5061520.9112921.182219.5061620.9773021.184319.5051721.0213121.186419.5051821.0573221.186519.5041921.0873321.187619.5042021.1093421.187719.5042121.1253521.188819.5042221.1393621.187919.5252321.1503721.1861019.7742421.1583821.1861120.1132521.1653921.1861220.4122621.1714021.1851320.6572721.1764121.1841420.8112821.1794221.184使用origin制得温差校正图21.21219.510=1.702由公式得: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： 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cHm （298.15K），并与文献比较Cp，m（CO2,g）=37.13 J/molK Cp，m（H2O,l）=75.30 J/molKCp，m（萘,s）=142.2 J/molK Cp，m（O2,g）=29.36 J/molKCp，m 10Cp，m（CO2,g）4Cp，m（H2O,l）Cp，m（萘,s）12Cp，m（O2,g）177.98 J/molKcHm（25.0）cHm（22.0）CpT 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+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：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，热量计与周围环境的热交换无法完全避免，它对温度测量值的影响可用