有机物燃烧焓的测定

实验报告一实验报告一 有机物燃烧焓的测定有机物燃烧焓的测定 一 实验目的 1 明确燃烧焓的定义 了解恒压热效应与恒容热效应的差 别与关系 2 掌握温差测量的一班知识技术 3 用氧弹式热量计测定有机物的燃烧焓 4 理解氧弹式热量计的测量原理 2 仪器和试剂 氧弹式测热计 精密电子温差测量仪 氧气钢瓶 充氧机 压 片机 万用电表 电子天平 容量瓶 1000mL 苯甲酸 分析纯 萘 分析纯 专用镍燃烧丝 1 51 377 molkJ Qm v 1 1525 molJQ 3 实验原理 热化学中定义 在指定温度和压力下 1mol 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燃烧焓 记作 mcH 完全燃烧是指 C H S 元素的燃烧产物分别是 而 222 SOlOHgCO N C 等元素则变为游离状态 在适当的条件下 许多有机物都能迅速而完全地进行氧化反应 在 实际测量过程中 不易控制燃烧为恒压或等压过程 因此燃烧反应 常在恒容下进行 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 即燃烧反应的热力学能变 若将应系统中的 v QU c 气体物质视为理想气体 根据热力学推导可得和的关系为 mcH mcU 或 RTgnUm c Hm c RTgnQQ mvmp T K mcH molJ 通过实验测得值 根据上式就可计算出 mv Q molJ mv Q molJ 即燃烧焓的值 mcH 本实验是用氧弹式量热计进行萘的燃烧焓的测定 其基本欲案 例是能量守恒定律 通过量出已知量的待测物完全燃烧放出的热 可计算出 而放出的热可是一定量的介质 如水 升高一定的温 mv Q 度 即在燃烧前后产生一定数值的温差 通过实验测得出该温差值 即可反知待测物燃烧放出的热 量热计结构 氧弹如图下所示 环境恒温式氧弹热量 氧弹结构示意图 实验中 设质量为的待测物质 恒容燃烧热为 和质 gma mv Q 量为的点火丝 恒容燃烧热为 在氧弹中燃烧 放出 gmb molJQ 的热可使质量为的水 比热容为 及量热器本身 m W w C 11 gkJ 热容为 的温度由升高到 则根据能量守恒定律可得 m C kJ 1 T 2 T 到热平衡关系为 1212mv TTKTQ TcCmq mwmbM ma 式中 M 待测物的摩尔质量 规定系统放热时 Q 取负数 同一套仪器 当内筒中的水量一定时 K 值恒定 mwm WCCK 称 K 为仪器常数或水当量 常用已知燃烧热值的苯甲酸来 KJ v Q 测定 求出量热体系的仪器常数 K 后 再用相同方法对其它物质进 行测定 测出温升 代入上式 即可求得待测物的燃烧 21 TTt 或 mv Q mcU 实际上 氧弹式热量计不是严格的绝热系统 加之由于传热速 度的限制 燃烧后由最低温度达最高温度需一定的时间 在这段时 间里系统与环境难免发生热交换 因而从温度计上读得的温差就不 是真实的温差 为此 必须对读得的温差进行校正 校正的方法可 以有作图法 雷诺法 和公式法 奔特公式 四 实验步骤 1 仪器常数的测定 1 准备点火丝 量取长约 10cm 点火丝 在电子天平上准确称重 得 mb 值 在直径约 3mm 的玻璃棒上 将其中段绕成螺旋形 5 6 圈 2 压片 用台秤预称取 0 9g 1 1g 的苯甲酸 在压片机上压成 圆片 将压片制成的样品放在干净的称量纸上 小心除掉有污染和 易脱落部分 然后在电子天平上精确称量 得 ma 值 3 装氧弹 将氧弹盖取下放在专用架上 用滤纸擦净电极及不锈 钢坩埚 先放好坩埚 然后用镊子将样品放在坩埚正中央 样品凹 面朝上 将准备好的燃烧丝两端固定在电极上 并将螺旋部分紧贴 在样品的上表面 然后小心旋紧氧弹盖 4 充氧气 将氧弹接入充氧机 检查氧气钢瓶上的减压阀 使其 处于关闭状态 再打开氧气钢瓶上的总开关 然后轻轻拧紧减压阀 螺杆 拧紧即是打开减压阀 使氧气缓慢进入氧弹内 待减压阀上 的减压表压力指到 1 8MPa 2 0MPa 之间时停止 关闭氧气钢瓶总开 关 并拧松压阀螺杆 5 安装热量计 先放好内筒 调整好搅拌 注意不要让叶轮碰撞 内筒壁 将氧弹放在内筒正中央 接好点火插头 加入 3000mL 自来 水 插入精密电子温差测量仪上的测温探头 注意既不要和氧弹接 触 内筒壁接触 使导线从盖孔中出来 安装完毕 再次用万用表 检查电路是否畅通 6 数据测量 打开精密电子温差测量仪 打开搅拌 设定 温度读数时间间隔为 30 秒 待温度基本稳定后将温差测量仪 采零 锁定 开始记录温差数据 整个数据记录分为三个阶段 a 初期 这是样品燃烧以前的阶段 在这一阶段观测和记录 周围环境和量热体系在试验开始温度下的热交换关系 每隔 1 分钟 读取温度 1 次 共读取 6 次 b 主期 从点火开始至传热平衡称为主期 在读取初期最末 1 次数值的同时 按一下 点火 按钮即进入主期 此时每 30 秒读 取温度 1 次 直到温度不再上升而开始下降的第 1 次温度为止 c 末期 这一阶段的目的与初期相同 是观察在试验后期的 热交换关系 此阶段仍是每 30 秒读取温度 1 次 直至温度停止下降 为止 约共读取 10 次 停止观测温度后 从热量计中取出氧弹 放尽其中的气体 拧 开并取下氧弹盖 氧弹中如有烟黑或未燃尽的试样残余 表明试验 失败 应重做 2 萘的燃烧焓的测定 称取 0 8g 1g 萘 用与 仪器常数的测定 相同的方法进行 测定 实验结束 用干布将氧弹内外表面和弹盖擦净 最好用热风 将弹盖及零件吹干或风干 5 数据处理 1 仪器常数由苯甲酸实验数据按下式计算 12 tTTmq M m QK b a mv 苯甲酸的摩尔质量 热量计热交换矫正值Mt 主期的第一个温度 主期最后一个温度 1 T 2 T 2 的奔特公式计算 t rvvvmt 11 2 初期温度变化率 末期温度变化率v 1 v 0 5min 主期温度上升不小于 0 3的间隔数mc 0 5min 主期温度上升小于 0 3的间隔数rc 3 的奔特公式计算 t rvvvmt 11 2 初期温度变化率 末期温度变化率v 1 v 0 5min 主期温度上升不小于 0 3的间隔数mc 0 5min 主期温度上升小于 0 3的间隔数rc 4 表格纪录及计算 初期温度 C 读数序号 min 123456质量铁丝质量 苯甲酸20 8220 8620 9020 9320 9420 951 0875g0 0123g 温差差值 0 040 040 030 010 01 萘18 8918 9919 0519 0919 1119 120 97600 0319 温度差值 0 10 060 040 020 01 主期温度 C 读数序号 0 5min 12345678910 苯甲酸20 9621 1021 7022 1222 3722 5122 6322 6822 7522 77 温度差值0 140 500 420 250 140 120 050 070 020 05 萘19 1619 5020 5920 6421 0121 2621 4421 5621 6421 70 温度差值0 340 090 050 530 150 180 120 080 060 05 读数序号 0 5min 11121314151617181920 苯甲酸22 8322 8522 9222 9222 9222 93 温度差值0 020 07000 01 萘21 7521 7821 8021 8221 8421 8521 8621 8721 8721 88 温度差值0 030 020 020 020 010 010 0100 01 末期温度 C 读数序号 0 5min 12345678910 苯甲酸22 9322 9322 9322 9322 9322 9322 9322 9322 9322 93 温度差值000000000 萘21 8921 8921 9021 9021 9021 9021 9021 9021 9021 90 温度差值00 010000000 计算仪器常数 苯甲酸的热值 molkJQ mv 51 3227 003 010 01 0 04 0 v 010 00 1 v ct 0045 0 1202 0003 0 3 12 tTTmq M m QK b a mv 1 14628 0045 096 2093 22 0123 01525122 0875 1 3227510 cJ 计算萘的恒容燃烧热 反应方程式 4 10 12 222810 lOHgCOgOsHC 18 0 1510 00 2 10 00 10 01 0 1 0 4 2 1 1 rvvvmt molJ m M mqtTTKQ a bmv 2103889 9760 0 128 0319 0 1525 18 0 96 2088 21 14628 12 molJ RTQ nRTU QH mv mc mpmc 2108749 15 27312 19 314 8 22103889 2 6 注意事项 1 样品压片要压紧 2 每次使用钢瓶是应在老师的指导下进行 3 氧弹充气时要注意安全 4 式样燃烧焓的测定和仪器常数的测定 尽量在相同条件下进行 5 未取出温度传感器时 不得打开热量计的盖子 7 思考题 1 本实验如何考虑系统与环境 答 内筒以内为系统 以外为环境 2 固体样品为什么要压成片状 如何测定液体样品的燃烧 热 答 压成片状是为了方便称量和安装试验装置 避免在 称