燃烧焓的测定.doc

宁 波 工 程 学 院 物 理 化 学 实 验 报 告专业班级 化工 姓 名 序 号 同组姓名 指导老师 刘旭锋、王婷婷 实验日期 2011-3-17实验名称 实验一 燃烧焓的测定 一、实验目的1、 用氧弹量热计测定萘的摩尔燃烧焓。2、 了解热量计中主要部分的作用，掌握氧弹量热计的实验技术。二、实验原理有机物B的标准摩尔燃烧焓cHm（B,T）是指1mol指定相态的B物质在温度T和恒压（P）条件下完全燃烧所放出的热量（QP）,其值与以B为反应物（化学计量数B= -1）的燃烧反应的标准摩尔反应焓变cHm相等。若将燃烧反应系统中的气体均可视为理想气体，则存在以下关系：QP = QV + nRT （式1）rHm = rUm + RTB(g)（式2）图1、氧弹式量热计原理构造结构图本实验采用氧弹式量热计测定萘的燃烧焓，构造如图1所示。测量的基本原理是将一定量待测萘样品在氧弹中完全燃烧，燃烧时放出的热量使量热计本身及氧弹周围介质（本实验用水）的温度升高。通过测定燃烧前后量热计（包括氧弹周围介质）温度的变化值，就可以求出该样品的燃烧热。实验测得的是恒容反应热QV,通过（式1、式2）即可计算得到萘的摩尔燃烧焓cHm。用该法测定燃烧焓时要尽可能在接近绝热的条件下进行。实验时，氧弹放置在装有一定量水的内桶中，内桶外是空气隔热层，再外面是温度恒定的水套夹。整个量热计可看成是一个等容绝热系统，其热力学能变U为零。其中U包括样品在氧气中等容燃烧的热力学能cUB，引燃丝燃烧的热力学能变cU引燃丝，量热计（包括氧弹、内桶、搅拌器和温度感应器等）的热力学能变化U量热计。因此，U可表示为：U = cUB + cU引燃丝 + U量热计 = 0（式3）若已知物质的质量，等容燃烧热值及燃烧前后系统温度的变化T，则上式可写成：mB QV,B + lQl + KT = 0 (式4)式中mB 样品的质量（g）；QV,B为样品的等容燃烧热值（J/g）；l为燃烧掉的引燃丝的长度（cm）；Ql为引燃丝的燃烧热值（J/cm）；K为量热计系统的热容量，即每升高1K所需吸收的热量（J/K），而真实温差T可由对实测温差进行修正获得。本实验先用已知cHm（苯甲酸，298.15K）= -3226.7 kJ/mol 来测定量热计的热容量K，之后再重复实验，测定未知样品萘的摩尔燃烧焓。其中用到的引燃丝的燃烧热值Ql = -6.699 J/cm。由于量热计无法做到完全绝热，因此燃烧前后温度差的测量值须经雷诺温度校正图校正。三、实验仪器、试剂数显氧弹式量热计全套（氧弹、搅拌器、数字贝克曼温度计）、压片机、引燃丝、量筒（2000mL）、电子天平（精确到0.0001g）、直尺、充氧台、氧气钢瓶及减压阀、专用放氧阀。萘（A.R.）、苯甲酸（A.R.）。四、实验步骤1、热容量K的测定（1）准确截取15cm左右的引燃丝，然后将引燃丝中部绕成环状。（2）苯甲酸称取约0.81.0g，在压片机上压成片状。将压好的样品在干净的桌面上敲击23次，以除去没有压紧的部分，再在分析天平上准确称量（3）拧开氧弹盖放在专用支架上，将弹内洗干净，擦干。分别将引燃丝两端固定在氧弹两极柱上，药片置于不锈钢坩埚中，使引燃丝接触药片表面。盖上氧弹盖拧紧。（4）打开氧气瓶阀门，调节减压阀，使压力达到12MPa。将氧弹置于充氧器底座上，使进气口对准充氧器的出气口。按下充氧器的充氧至充氧器压力表值约1.0MPa，用放氧阀将氧弹中的氧气放出（赶出氧弹内的空气），然后再次充入氧气约1MPa，浸入水中检查是否漏气，确认密封良好后方能进行下一步实验。（5）将充有氧气的氧弹放入内桶底座上，检查搅拌叶片是否正常工作。用量筒量取低于室温的3000mL自来水倒入将数字贝克曼温度计的传感器竖直插入量热计盖上的孔中，其末端应处于氧弹高度1/2处。将点火插头插在氧弹电极上，装好搅拌器。打开控制箱的电源开关，按下“搅拌”键，搅动内桶水，仪表开始显示内桶水温。（6）约56min后，当系统温度变化速度达到恒定时，开始初期温度读数，每隔30s读数一次。当读第十次时，同时将开关旋至点火档，仍每隔30s读一次主期温度读数，直至两次的温度读数差值小于0.002时，再继续读取温度10次。（7）停止搅拌，取出温度传感器，拔掉引火导线，取出氧弹并擦干其外壳，用放气阀放掉氧弹内的氧气，打开氧弹盖，检查是否燃烧完全。若取出坩埚或氧弹内有积碳，则说明 实验失败，需重做。若无上述情况，则实验成功。取出未烧完的引燃丝，测其长度。（8）洗净并擦干氧弹内外壁，将内桶蒸馏水倒掉，擦干全部设备。2、萘的恒容燃烧热值的测定称取0.6g左右的萘，实验步骤同上。本实验注意事项： 压片时应不松不紧，以保证其可以完全燃烧，且不会散开；引燃丝不可插入药片的小孔，以免影响点火质量。五、数据记录与处理室温：17.2 大气压力：101.99KPa引燃丝初始长度：15.00cm 剩余引燃丝长度：苯甲酸：6.33cm 萘：3.81cm表1、测定苯甲酸在水夹套中的水浴温度次数（每隔30s）温度T/K(初期温度读数)温度T/K(主期温度读数)温度T/K（末期温度读数）1287.395287.412288.864288.9402287.396287.680288.882288.9423287.398288.073288.896288.9464287.399288.357288.908288.9465287.399288.522288.917288.9466287.401288.635288.924288.9467287.401288.712288.929288.9458287.401288.769288.934288.9459287.402288.809288.936288.94510287.401288.840288.941 表2、测定萘在水夹套中的水浴温度次数（每隔30s）温度T/K(初期温度读数)温度T/K(主期温度读数)温度T/K（末期温度读数）1287.176287.258288.754288.8372287.179287.528288.773288.8383287.180287.898288.789288.8384287.182288.201288.800288.8365287.183288.386288.809288.8376287.184288.509288.816288.8377287.184288.596288.822288.8368287.185288.653288.826288.8369287.186288.700288.829288.83510287.187288.728288.832288.83511/288.834/12/288.835/六、结果与讨论1、苯甲酸温度变化图图2、苯甲酸的雷诺温度校正图T = 1.575K， l：8.67cm， m（苯甲酸）：0.8576g C7H6O2（s）+ 17/2 O2（g） 7CO2（g）+3 H2O（l）已知苯甲酸的cHm=-3226.7kJ/mol，由cHm = cUm + RTB(g)可得：cUm = -3226.7kJ/mol- 8.314510-3 kJ/(molK) 298.15 K（7-15/2） =-3225.46kJ/mol，即Qv(B) 为-3225.46kJ/mol根据式4得到：K=14.43K J/K2、萘的温度变化图图3、萘的雷诺温度校正图此时测得T=1.478K， l：11.19cm， m（萘）=0.6123gC10H8（s）+ 12 O2（g） 10CO2（g）+4 H2O（l）根据式4可得Q(V,B)= -4471.04KJ/mol，即cUm=-4471.04KJ/mol由cHm = cUm + RTB(g)得：cHm=-4471.04KJ/mol + 8.314510-3 kJ/(mol