燃烧热的测定_实验报告.doc

燃烧热的测定一、实验目的l 使用氧弹式量热计测定固体有机物质（萘）的恒容燃烧热，并由此求算其摩尔燃烧热。l 了解氧弹式量热计的结构及各部分作用，掌握氧弹式量热计的使用方法，熟悉贝克曼温度计的调节和使用方法l 掌握恒容燃烧热和恒压燃烧热的差异和相互换算二、实验原理摩尔燃烧焓DcHm 恒容燃烧热QVDrHm = Qp DrUm = QV对于单位燃烧反应，气相视为理想气体DcHm = QV SnBRT QV n(g)RT氧弹中放热(样品、点火丝)吸热(水、氧弹、量热计、温度计)待测物质QV摩尔恒容燃烧热 Mx摩尔质量e点火丝热值 bx所耗点火丝质量q助燃棉线热值 cx所耗棉线质量K氧弹量热计常数 DTx体系温度改变值三、仪器及设备标准物质：苯甲酸 待测物质：萘氧弹式量热计1恒热夹套 2氧弹3量热容器4绝热垫片5隔热盖盖板 6马达7，10搅拌器8伯克曼温度计9读数放大镜11振动器12温度计四、实验步骤1.量热计常数K的测定(1) 苯甲酸约1.0g，压片，中部系一已知质量棉线，称取洁净坩埚放置样片前后质量W1和W2(2)把盛有苯甲酸片的坩埚放于氧弹内的坩埚架上，连接好点火丝和助燃棉线(3) 盖好氧弹，与减压阀相连，充气到弹内压力为1.2MPa为止(4)把氧弹放入量热容器中，加入3000ml水(5) 调节贝克曼温度计，水银球应在氧弹高度约1/2处(6) 接好电路，计时开关指向“1分”，点火开关到向“振动”，开启电源。约10min后，若温度变化均匀，开始读取温度。读数前5s振动器自动振动，两次振动间隔1min，每次振动结束读数。(7)在第10min读数后按下“点火”开关，同时将计时开关倒向“半分”，点火指示灯亮。加大点火电流使点火指示灯熄灭，样品燃烧。灯灭时读取温度。(8)温度变化率降为0.05Cmin-1后，改为1min计时，在记录温度读数至少10min，关闭电源。先取出贝克曼温度计，再取氧弹，旋松放气口排除废气。(9)称量剩余点火丝质量。清洗氧弹内部及坩埚。实验步骤2. 萘的恒容燃烧热的测定 取萘0.6g压片，重复上述步骤进行实验，记录燃烧过程中温度随时间变化的数据注意1. 为避免腐蚀，必须清洗氧弹2. 点火成败是实验关键。应仔细安装点火丝和坩埚。点火丝不应与弹体内壁接触，坩埚支持架不应与另一电极接触。3. 每次实验前均应称量坩埚数据记录和处理1. 记录室温、大气压、样品质量（W2W1）和剩余燃烧丝质量2. 列表记录温度随时间变化数据3. 画出雷诺图进行温度读数校正，求出在绝热条件下的真实温度改变值DTe和DTx4. 计算量热计常数K5. 计算萘的恒容燃烧热QV6. 计算萘的摩尔燃烧焓DcHm，并与文献值比较由图得：苯甲酸 *t=1.7K 萘*t=2.9K，苯甲酸恒容摩尔燃烧热为-3228kj/mol再由和K=n1C1+C热量计的K=18.9KJ/KDrUm 萘= QV=-10022.4KJ/mol五、思考题; 1.加入内筒中水的温度为什么要选择比外筒水温低?低多少合适？为什么？2.在燃烧热测定实验中，哪些是体系?哪些是环境？有无热交换?这些热交换对实验结果有何影响?3.在燃烧热测定的实验中，哪些因素容易造成实验误差?如何提高实验的准确度?检验多功能控制器数显读数是否稳定。熟习压片和氧弹装样操作，量热计安装注意探头不得碰弯，温度与温差的切换功能键钮，报时及灯闪烁提示功能等。干燥恒重苯甲酸(0.91.2g)和萘(0.60.8g)压片，注意紧实度，分析天平称样。容量瓶量取3000mL水，调节水温低于室温1K。量取两根10厘米点火丝，中段在原珠笔蕊上绕几圈。燃烧丝缚紧使接触电阻尽可能小。氧弹充氧注意小动作缓缓旋开减压阀。氧弹内预滴10mL水，促产物凝聚成硝酸。（1）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(2MPa)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。注意点火前才将二电极插上氧弹再按点火钮，否则因仪器未设互锁功能，极易发生（按搅拌钮或置0时）误点火，样品先已燃烧的事故。 (2) 氧弹内预滴几滴水，使氧弹为水汽饱和，燃烧后气态水易凝结为液态水。试样在氧弹中燃烧产生的压力可达14MPa，长期使用，可能引起弹壁的腐蚀，减少其强度。故氧弹应定期进行20MPa水压检查，每年一次。氧弹、量热容器、搅拌器等，在使用完毕后，应用干布擦去水迹，保持表面清洁干燥。恒温外套（即外筒）内的水，应采用软水。长期不使用时应将水倒掉。氧弹以及氧气通过的各个部件，各联接部分不允许有油污，更不允许使用润滑油，在必须润滑时，可用少量的甘油。5。每次测定时室温变化不得大于1。因此。室内禁止使用各种热源，如电炉、火炉、暖气等。(3)仪器应置放在不受阳光直射的单独一间试验室内进行工作。室内温度和湿度应尽可能变化小。最适宜的温度是20 5K。国产型号为半自动HR15A(B)数显微机型或WHR15全自动微机型氧弹式热量计。进入了全面启用电脑处理数据的新时代。-410-(4) 如用贝克曼温度计，其调节可以归纳为倒立连接、设定温度、正立震断和校验四步，注意别让水银过多地流向弯曲贮管，导致因水银重而在正立时，玻管扩张处挂不住。也绝不允许放在电炉上烤等骤冷骤热情况出现。在精密的测量中，应进行贝克曼温度计的校正。改进后的本实验普遍采用热敏电阻温度计、铂电阻温度计或者热电堆等，相应配以电桥、指示mV值，实际已转换为温度 (数显温度计) 的仪器，能自动记录温度，精密度可达10（5）苯甲酸和萘燃烧产物的热容差别因为产物量小而仪器热容的基数相对较大而可以忽略。（6）量热方法和仪器多种多样，可参阅复旦大学物理化学实验教材。量热法广泛用来测量各种反应热如相变热等。本实验装置除可用作测定各种有机物质、燃料、谷物等固体、液体物质的燃烧热外，还可以研究物质在充入其它气体时反应热效应的变化情况。日期：2008-06-18来源： 作者：字体：大 中 小一、目的要求1.明确燃烧热的定义，了解QV与Qp的差别；2.通过萘的燃烧热的测量，了解氧弹式量热计中主要部件的作用，掌握量热计的使用技术；5.学会雷诺图解法。二、实验原理燃烧热：1mol物质完全燃烧时所放出的热量。恒容条件下测得的燃烧热称为恒容燃烧热（QV），QVU。恒压条件下测得的燃烧热为恒压燃烧热（Qp），QpH。若把参加反应的气体和生成的气体作为理想气体处理，则存在如下关系式：QpQVnRT。n为反应产物中气体物质的总摩尔数与反应物中气体物质总摩尔数之差；R为气体常数；T为反应前后绝对温度。本实验采用氧氮式量热计测量萘的燃烧热。氧弹是一具特制的不锈钢容器，如图4-1所示。为保证样品在其中迅速而完全地燃烧，需要用过量的强氧化剂，通常氧弹中充以氧气作为氧化剂。实验时氧弹是旋转在装有一定量水的不锈钢桶中，水桶外是空气隔热层，再外面是恒定的水夹套，如图4-2所示。引火丝及样品在体积固定的氧弹中燃烧所放出的热大部分为水桶中的水吸收；其余部分为氧弹、水桶、搅拌器及感温探头等设备吸收。在量热计与环境没有热交换的情况下，可以写出如下热量平衡式：式中：QV样品的恒容燃烧热 (Jg-1)；m样品的质量 (g)；Cif量热计热容，它包括氧弹、量热计及水的热容 (JK-1)；T准确温差 (K)；Q丝点火丝燃烧热。铁丝为6696.4 Jg-1、镍丝为3158.9 Jg-1、CuNi丝为3136.2 Jg-1。m丝燃烧掉的点火丝质量(g)即原丝质量减去燃烧剩余质量；m棉燃烧掉的棉线质量(g)；Q棉棉线燃烧热，17500Jg-1。由(4-1)式知，要测量样品的QV必须先知量热计的热容Cif，测定的方法是用一定量已知燃烧热的标准物质（常用苯甲酸，QV26477Jg-1）在相同条件下进行试验，测量其温差，经校正为真实温差后代入(4-1)式，算出值Cif。关于真实温差的求算：氧弹量热计不可能是严格绝热的。在燃烧后升温阶段，系统和环境间难免要发生热交换，因而温度计读得的温差并非真实温差。应作如下校正：通常样品燃烧后温上升为1.52.0，在燃烧前后观测水温变化，将水温对时间作图，联成折线FHED，如图2所示。图中C点相当于开始之点，D点为观测到的最高温度。对H点对应的温度T1和G点对应的温度T2的平均为T，经T点作横坐标的并行线TO与折线交于O，然后过O点作垂直线ab分别与FH和GE交F、E两点，这两个交点所示间隔温度即所求真实温差T。三、仪器和试剂氧弹量热计（附压片机一台）；分析天平1台；2000mL、1000mL容量瓶各1个；氧气瓶氧气表各一个；分析纯苯甲酸；分析纯萘；引火丝10cm，棉线。四、实验步骤1 压片： 首先截取镍丝15cm，截取棉线10 cm，然后压片。从压片机中抽出上模和中模，将中模（平面）一面朝上，将上模放在中模上，用药勺取约0.6 g药品（苯甲酸或萘），加入上模中。将手柄下的小锤插入上模中，加压，压紧后，抽出小锤，将中模翻转180度，插入小锤加压，取出药片。将线在镍丝上绕23扣，然后用线将片绑紧，然后绑成十字花型。注意压片前后应将压片机擦干净；苯甲酸和待测试样不能混用一台压片机。2 称量： 将压好的片用分析天平称量。3 悬挂试样： 将绑好的片上的镍丝绕在氧弹上盖下端的两个电极上（一端从小孔中穿出，并绕在电极柱的方型部位。另一端绕在小螺丝上。点火丝切勿接触坩锅，以防短路）。镍丝要缠紧。两极不要联在一起。然后将氧弹上盖放在下座上拧紧，然后拧紧放气阀（小方型）。4 充氧： 拧开充气阀（小圆柱电极），接上氧气导管，用扳手拧紧。旋转氧气瓶减压阀手柄，使氧气表的分压显示表为2MPa，充气时间为30秒，然后按相反方向旋转减压阀手柄关闭氧气。拧开氧气导管的螺栓，拧上电极帽。5 装氧弹： 打开氧弹热量计的上盖，把盛水桶安装在固定位置。转动搅拌器看一看不要刮壁。将氧弹放入水桶中，将调好的3000ml水放入水桶中，插上电极，盖好外盖，放好传感器。6 燃烧和温度的测量61 初期： 打开控制器电源开关，打开搅拌，把时间调整为1分钟/次记录（听到声音，计次显示为1时记录）。记录6次。62 中期： 把时间调解为半分/次记录。按点火按钮（点火显示亮）。再记录12次。63 末期： 把时间调至1分/次记录，记录6次。关闭电源。取出传感器。打开热量计外盖，拔下电极（不要拉电线）。取出氧弹。用扳子拧开放气阀（小方柱）。放气后，拧开氧弹盖。将氧弹上盖放在支架上。取下电极上剩余镍丝，称量记录。7 测量：操作方法同上（如果第一个做苯甲酸，第二个做萘）。五、数据处理1、绘出温度与时间曲线，用作图法求真实温差。由式(4-1)算出量热计热容Cif。2、用同样的方法求萘燃烧的真实温差，并计算萘燃烧热QV。3、计算萘的恒压燃烧热Qp。已知298.2K时的燃烧热为Qp5153.8kJmol-1，计算实验的相对误差。把实验数据填入下表中：室温：19.7，室压：95.89 kPa苯甲酸质量：0.6130g，镍丝质量：0.00730g-0.00526g0.00204g，棉线质量：0.0052g苯甲酸前期中期末期t/mint/t/mint/t/mint/118.6285.518.7261219.754218.646619.2201319.754318.6496.519.4731419.753418.654719.5901519.752518.6567.519.6481619.749（点火） 819.687 8.519.710 919.727 9.519.737 1019.745 10.519.749 1119.752 萘前期中期末期t/mint/t/mint/t/mint/119.6885.519.8251221.207219.690620.4561321.205319.6896.520.8431421.201419.689721.0071521.196519.6877.521.0881621.191（点火） 821.134 8.521.163 921.181 9.521.193 1021.200 10.521.205 1121.207 1.加入内筒中水的温度为什么要选择比外筒水温低?低多少合适？为什么？2.在燃烧热测定实验中，哪些是体系?哪些是环境？有无热交换?这些热交换对实验结果有何影响?3.在燃烧热测定的实验中，哪些因素容易造成实验误差?如何提高实验的准确度?2009-6-2 12:33最佳答案检验多功能控制器数显读数是否稳定。熟习压片和氧弹装样操作，量热计安装注意探头不得碰弯，温度与温差的切换功能键钮，报时及灯闪烁提示功能等。干燥恒重苯甲酸(0.91.2g)和萘(0.60.8g)压片，注意紧实度，分析天平称样。容量瓶量取3000mL水，调节水温低于室温1K。量取两根10厘米点火丝，中段在原珠笔蕊上绕几圈。燃烧丝缚紧使接触电阻尽可能小。氧弹充氧注意小动作缓缓旋开减压阀。氧弹内预滴10mL水，促产物凝聚成硝酸。（1）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(2MPa)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。注意点火前才将二电极插上氧弹再按点火钮，否则因仪器未设互锁功能，极易发生（按搅拌钮或置0时）误点火，样品先已燃烧的事故。 (2) 氧弹内预滴几滴水，使氧弹为水汽饱和，燃烧后气态水易凝结为液态水。试样在氧弹中燃烧产生的压力可达14MPa，长期使用，可能引起弹壁的腐蚀，减少其强度。故氧弹应定期进行20MPa水压检查，