燃烧热的测定实验报告

燃烧热实验报告燃烧热实验报告 一 实验目的 1 明确燃烧热的定义 了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的区别 2 掌握量热技术的基本原理 学会测定奈的燃烧热 3 了解氧弹卡计主要部件的作用 掌握氧弹量热计的实验技术 4 学会雷诺图解法校正温度改变值 二 实验原理 燃烧热是指 1 摩尔物质完全燃烧时所放出的热量 在恒容条件下测得的燃 烧热称为恒容燃烧热 Qv m 恒容燃烧热这个过程的内能变化 rUm 在恒 压条件下测得的燃烧热称为恒压燃烧热 Qp m 恒压燃烧热等于这个过程的热 焓变化 rHm 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 cHm Qp m Qv m nRT 1 本实验采用氧弹式量热计测量萘的燃烧热 测量的基本原理是将一定量待 测物质样品在氧弹中完全燃烧 燃烧时放出的热量使卡计本身及氧弹周围介质 本实验用水 的温度升高 氧弹是一个特制的不锈钢容器 为了保证化妆品在若完全燃烧 氧弹中应 充以高压氧气 或者其他氧化剂 还必须使燃烧后放出的热量尽可能全部传递 给量热计本身和其中盛放的水 而几乎不与周围环境发生热交换 但是 热量的散失仍然无法完全避免 这可以是同于环境向量热计辐射进 热量而使其温度升高 也可以是由于量热计向环境辐射出热量而使量热计的温 度降低 因此燃烧前后温度的变化值不能直接准确测量 而必须经过雷诺矫正 作图法进行校正 放出热 样品 点火丝 吸收热 水 氧弹 量热计 温度计 量热原理 能量守恒定律 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 式中 Qv m为样品的恒容摩尔燃烧热 J mol 1 n 为样品的摩尔数 mol C 为 仪器的总热容 J K 1或 J 上述公式是最理想 最简单的情况 但是 由于 1 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 2 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 等式 2 左边必须 把点火丝燃烧所放热量考虑进去就如等式 3 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 雷诺校正 消除体系与环境间存在热交换造成的对体系温度变化的影响 方法 将燃烧前后历次观察的贝氏温度计读数对时间作图 联成 FHDG 线如图 1 2 图中 H 相当于开始燃烧之点 D 点为观察到最高温度读数点 将 H 所 对应的温度 T1 D 所对应的温度 T2 计算其平均温度 过 点作横坐标的平 行线 交 FHDG 线于一点 过该点作横坐标的垂线 a 然后将 FH 线和 GD 线外 延交 a 线于 A C 两点 A 点与 C 点所表示的温度差即为欲求温度的升高 T 图中 AA 表示由环境辐射进来的热量和搅拌引进的能量而造成卡计温度的升高 必须扣除之 CC 表示卡计向环境辐射出热量和搅拌而造成卡计温度的降低 因此 需要加上 由此可见 AC 两点的温度差是客观地表示了由于样品燃烧 使卡计温度升高的数值 T 丝丝 丝 CQmnQ mV 点火丝 n TTC Q mV 12 图 4 1 绝热较差时的雷诺校正图 图 4 2 绝热良好时的雷诺校正图 有时卡计的绝热情况良好 热漏小 而搅拌器功率大 不断稍微引进热量 使 得燃烧后的最高点不出现 如图 2 1 3 这种情况下 T 仍可以按同法校正之 三 仪器药品 外槽恒温式氧弹卡计 一个 氧气钢瓶 一瓶 压片机 2 台 数字式贝克曼温度计 一台 0 100 温度计 一支 万用电表 一个 扳手 一把 萘 A R 苯甲酸 A R 或燃烧热专用 铁丝 10cm 长 四 实验步骤 1 称取约 0 5g 左右的苯甲酸和点火丝质量 记录m苯甲酸和m铁 将称取 的苯甲酸和点火丝一起压片 再将压成的样品称重 记录m样 铁 2 将样品点火丝分别绑在氧弹卡记的两极上 旋紧氧弹盖 用万用表检查电 路是否通路 充氧气 反复充放 3 次 3 将氧弹插上电极 放入水桶内 加入水 3000mL 盖上盖子 打开搅拌器 用温度计测定环境温度 T 4 插上贝克曼温度计探头 待温度稳定后 每隔 30s 读贝克曼温度计一次 记录 10 个数据 迅速按下点火键 仍 30s 读数一次 直到温度出现最高点 此 阶段的温度作为燃烧期间的温度 当温度升到最高点并开始下降后仍每隔 30s 记录一次数据 记录 10 个数据 5 关闭电源 取下贝克曼温度计 拿出氧弹 放气 旋开氧弹盖 检查样品 燃烧结果 若燃烧安全 称量剩下的铁丝 倒去铜水桶的水并用毛巾擦干 6 称取 0 5g 左右萘 重复 2 5 操作 五 注意事项 1 为避免腐蚀 必须清洗氧弹 2 点火成败是实验关键 实验前应仔细安装点火丝 点火丝不应与弹体内壁接 触 避免点火后发生短路 3 实验结束后 一定要把未燃烧的铁丝重量从公式中减掉 4 样品压片力度须适中 六 数据处理 1 数据记录 1 数据整理如下 第一次测量苯甲酸样品 点火丝的质量 m铁 g0 0131 燃烧后剩下 点火丝的质 量 m铁 1 g0 0121燃烧的点火丝质量 g0 0010 压片质量 m压 g 0 6073苯甲酸 1 质 量 m样 g 0 5942系统温度 21 6 t min温度 t min温度 t min温度 t min温度 0 523 3716 523 91512 524 38518 524 398 1 023 3687 024 08413 024 38919 024 398 1 523 3667 524 17113 524 39219 524 397 2 023 3648 024 23014 024 39520 024 395 2 523 3628 524 27014 524 39620 524 392 3 023 3609 024 29815 024 39821 024 392 3 523 3589 524 32015 524 40021 524 39 4 023 35710 024 33816 024 40022 024 389 4 523 35610 524 35216 524 40022 524 388 5 023 35411 024 36317 024 40023 024 386 5 523 37511 524 37117 524 39923 524 385 6 023 63312 024 37918 024 39824 024 384 第二次测量苯甲酸样品 点火丝的质量 m铁 g0 0129 燃烧后剩下 点火丝的质 量 m铁 1 g0 0079燃烧的点火丝质量 g0 0050 压片质量 m压 g 0 4900苯甲酸 2 质 量 m样 g 0 4771系统温度 21 6 t min温度 t min温度 t min温度 t min温度 0 522 997 6 523 447 12 523 821 18 523 837 1 022 996 7 023 570 13 023 825 19 023 837 1 522 995 7 523 645 13 523 828 19 523 836 2 022 993 8 023 693 14 023 831 20 023 835 2 522 992 8 523 727 14 523 833 20 523 835 3 022 992 9 023 749 15 023 834 21 023 834 3 522 991 9 523 768 15 523 835 21 523 834 4 022 990 10 023 782 16 023 836 22 023 833 4 522 989 10 523 794 16 523 837 22 523 833 5 022 989 11 023 802 17 023 837 23 023 832 5 523 030 11 523 813 17 523 837 23 523 831 6 023 236 12 023 817 18 023 837 第一次测量萘样品 点火丝的质量 m铁 g0 0151 燃烧后剩下 点火丝的质 量 m铁 1 g0 0144燃烧的点火丝质量 g0 0007 压片质量 m压 g 0 4820萘 1 质量 m 样 g 0 4669系统温度 21 6 t min温度 t min温度 t min温度 t min温度 0 5 22 243 7 5 22 619 14 5 23 586 21 5 23 609 1 0 22 314 8 0 22 937 15 0 23 591 22 0 23 609 1 5 22 325 8 5 23 171 15 5 23 595 22 5 23 609 2 0 22 328 9 0 23 307 16 0 23 599 23 0 23 608 2 5 22 330 9 5 23 383 16 5 23 601 23 5 23 608 3 0 22 330 10 0 23 433 17 0 23 604 24 0 23 607 3 5 22 330 10 5 23 469 17 5 23 605 24 5 23 607 4 0 22 331 11 0 23 519 18 0 23 607 25 0 23 606 4 5 22 331 11 5 23 497 18 5 23 608 25 5 23 606 5 0 22 331 12 0 23 535 19 0 23 608 26 0 23 605 5 5 22 332 12 5 23 550 19 5 23 609 26 5 23 605 6 0 22 332 13 0 23 562 20 0 23 609 27 0 23 604 6 5 22 332 13 5 23 572 20 5 23 609 27 5 23 603 7 0 22 369 14 0 23 579 21 0 23 609 28 0 第二次测量萘样品 点火丝的质量 m铁 g0 0149 燃烧后剩下 点火丝的质 量 m铁 1 g0 0096燃烧的点火丝质量 g0 0053 压片质量 m压 g0 5444萘 2 质量 m样 g 0 5295系统温度 21 6 t min温度 t min温度 t min温度 t min温度 0 5 22 237 6 5 22 971 12 5 23 636 18 5 23 660 1 0 22 235 7 0 23 206 13 0 23 642 19 0 23 660 1 5 22 234 7 5 23 342 13 5 23 647 19 5 23 659 2 0 22 233 8 0 23 427 14 0 23 651 20 0 23 658 2 5 22 232 8 5 23 482 14 5 23 654 20 5 23 658 3 0 22 232 9 0 23 521 15 0 23 657 21 0 23 657 3 5 22 231 9 5 23 551 15 5 23 658 21 5 23 656 4 0 22 230 10 0 23 574 16 0 23 659 22 0 23 655 4 5 22 230 10 5 23 592 16 5 23 660 22 5 23 654 5 0 22 229 11 0 23 607 17 0 23 660 23 0 23 653 5 5 22 281 11 5 23 619 17 5 23 661 6 0 22 617 12 0 23 629 18 0 23 661 2 数据处理 1 计算仪器常数的计算 查表可得苯甲酸标准状况下其摩尔燃烧焓为 cHm 3226 9KJ mol 苯甲酸燃烧反应方程式为 C7H6O2 s 7 5O2 g 3H2O l 7CO2 g 由 rHm cHm Qp m Qv m nRT 1 得苯甲酸标准状况下其恒压摩尔燃烧热为 molKJ JKJKmolKJmolKJnRTHm c 14 3228 1015 298 314 85 0 9 3226mQv 3 如果不考虑温度的变化对标准燃烧热的影响 我们将这次该实验条件下苯甲酸 的恒容燃烧热近似认为恒容摩尔燃烧热 计算仪器常数 C T QmQvm C 点火丝点火丝苯甲酸苯甲酸 12 122 2 式中 为苯甲酸恒容摩尔燃烧热 苯甲酸QvmolKJ C 仪器常数 kJ K 1 样品燃烧前后量热计温度的变化值 T 为点火丝的恒容燃烧热 6 6944kJ g 1 VQ点火丝 为点火丝的质量 g m点火丝 为苯甲酸的质量 g 苯甲酸m 利用雷诺作图法处理结果如下图 图一 苯甲酸 1 图二 苯甲酸 2 由图一 二可得苯甲酸燃烧引起卡计温度变化差值分别为 T1 1 048 K T1 0 853 K 现将计算 C 值所需数据及计算结果整理如下 样品温差 T1 K 点火丝 质量 g 苯甲酸恒容 燃烧热 molKJ 点火丝燃 烧热 gKJ 苯甲酸 用量 g C KKJ C 平均值 KKJ 苯甲酸 11 048 0 0010 3228 1 6 69440 594214 993 苯甲酸 20 853 0 0050 3228 1 6 69440 477114 824 14 909 2 计算萘的燃烧热 由公式可得 萘的恒容燃烧热 萘 点火丝点火丝 萘 m QmC Q T18 128 式中 为萘恒容摩尔燃烧热 萘Qv molKJ 仪器常数 kJ K 1 K 样品燃烧前后量热计温度的变化值 T 为点火丝的恒容燃烧热 6 6944kJ g 1 VQ点火丝 为点火丝的质量 g m点火丝 为萘的质量 g 萘m 利用雷诺作图法处理结果如下图 图三 萘 1 图四 萘 2 样品温差 T1 K 点火丝 质量 g 点火丝 燃烧热 gKJ 萘用量 g C molKJ 恒容摩尔 燃烧热 molKJ 平均值 molKJ 萘 11 2650 0007 6 6944 0 4669 5176 396 萘 21 4300 0053 6 6944 0 5295 14 909 5152 470 5164 433 3 萘的恒压摩尔燃烧热 由 2 可得萘的恒容摩尔燃烧热 故根据燃烧方程式 C HsO gCO gH O l 810222 10 585 可得萘的燃烧焓 nRTQQ mvmp 两次实验其系统温度分别为 21 6 和 21 6 计算后取平均值得萘在 294 75K 时其摩尔燃烧热为 cHm Qp m 5170 559molKJ 如果不考虑温度的变化对标准燃烧热的影响 我们将这次该实验条件下 294 75K 萘的恒压燃烧热近似认为恒压摩尔燃烧热 七 讨论分析 1 实验结果讨论分析 1 实验误差计算 查表得 萘 25 5153 8 kJ molmQp 相对误差 325 0 100 理论值 理论值 测量 mp mpmp Q QQ 2 实验误差来源分析 i 药片质量 压片后称重总质量 通过简单计算得到药片质量 在固定药片 至电极的过程中以及转移的过程中 可能有药片粉末的脱落 此外 考虑 到实验中是徒手操作 手上的油脂等杂物可能粘附在药片上 导致实际燃 烧的物质并不是理论质量的物质 使得测量结果不准确 因此 要药片要 压实 且最好戴着手套操作 ii 系统绝热效果 系统并不是理想的绝对绝热 可能引入误差 iii 搅拌器功率较大 搅拌器不断引进的能量引入误差 iv 处理恒容摩尔燃烧热和恒压摩尔燃烧热时 没有找到苯甲酸和萘的比热 所以不能算得出 298 15K 时的值 本实验结果是近似处理 2 实验过程等讨论 1 注意事项 i 把苯甲酸在压片机上压成圆片时 压得太紧 点火时不易全部燃烧 压得太 松 样品容易脱落 要压得恰到好处 样品的质量过大或者过小也会造成误 差 ii 将压片制成的样品放在干净的滤纸上 小心除掉有污染和易脱落部分 然后 在分析