有机物燃烧焓的测定.doc

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关系。2掌握有关热化学实验的一般知识和技术。3用氧弹式量热计测定有机物的燃烧焓。4. 理解氧弹式量热计的测量原理。二实验原理 热化学中定义：在指定温度和压力下，一摩尔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。根据热力学的定义，反应的焓变等于恒压过程的热效应，所以，某物质的燃烧焓也即是该物质燃烧反应的恒压热效应。但是，有机物的燃烧反应都有气体参与，且反应前后气体的量通常会变化，因此，测量过程中不易控制反应燃烧为恒压或等压过程。在实际测量中，燃烧反应常在恒容条件下进行，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。若将应系统中的气体物质视为理想气体，根据热力学推导可得和的关系为： 或 （1）式中，T为反应温度(K)；为摩尔燃烧焓(Jmol-1)；为摩尔燃烧热力学能变(Jmol-1)；为燃烧反应后各气体物质的量之差。 通过实验测得 (Jmol-1)值，根据上式就可计算出 (Jmol-1)，即燃烧焓的值。本实验是用氧弹式量热计进行萘的燃烧焓的测定。实验中，设质量为ma（g）的待测物质（恒容燃烧热为Qv,m）和质量为mb（g）的点火丝（恒容燃烧热为q，单位为Jg-1）在氧弹中燃烧，放出的热可使质量为wm的水（比热容为cw，JK-1g-1）及量热器本身（热容为Cm，单位为JK-1）的温度由T1升高到T2，则根据能量守恒定律可得到热平衡关系 （2）式中，M为该待测物的摩尔质量；规定系统放热时Q取负数；K= ( Cm+cwwm)，同一套仪器、当内筒中的水量一定时，K值恒定，称K为仪器常数，常用已知燃烧热值Qv的苯甲酸来测定。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T=T2 - T1，代入上式，即可求得待测物的燃烧Qv,m或CUm。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）。三仪器和试剂 氧弹式量热计，精密电子温差测量仪，氧气钢瓶，充氧机，压片机，万用电表，台称，电子天平，容量瓶(1000mL)，苯甲酸(分析纯，Qv,m-3227.51 kJmol-1)，萘(分析纯)，专用燃烧镍丝（q-1525 Jg-1）。四实验步骤1. 仪器常数的测定 （1）准备点火丝：取两根点火丝，在电子天平上准确称重，得值。将其中段绕成螺旋形5圈6圈。（2）压片：用台秤预称取0.9g1.1g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（注意：点火丝不可与坩埚接触，以防短路）。（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1.8MPa2.0MPa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。（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：弱视眼中常时间温度上升或下降很慢，可视为进入末期。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.萘的燃烧焓的测定倒出内筒中的水。称取0.8g1g 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。五数据处理1仪器常数由苯甲酸实验数据按下式计算： 式中，M为苯甲酸的摩尔质量；T1为点火温度，T2为主期最后一个温度；t为量热计热交换校正值；其余参数与式（1）同。2量热计热交换校正值t，用奔特公式计算：式中，v为初期温度变化率；v1 为末期温度变化率；m 为在主期中每0.5 min 温度上升不小于0.3 的间隔数，第一间隔不管温度升高多少度都计入m 中；r 为在主期每0.5 min 温度上升小于0.3 的间隔数。3. 记录及处理苯甲酸燃烧试验数据读数序号（每0.5min）初期温度/主期温度/末期温度/018.14118.1518.6720.17218.1518.9520.17318.1619.1320.17418.1719.4120.18518.1819.5120.18618.1819.5820.18718.1919.6720.19818.1919.7620.19918.2019.8220.191018.2119.9120.191118.22(点火)20.001220.17苯甲酸热值：Qv,m-3227.51 kJmol-1v=(18.14-18.22)/10=-0.008v1=(20.17-20.19)/10=-0.002=(-0.008-0.002)3/2+(-0.002)9=-0.033=1.0376gq=-1525J/g0.0222=-33.855JK=(-32275101.0376/122-33.855)/(20.17-18.22-0.033)=-14336.76J/4. 奈的恒容燃烧热：数据记录读数序号（每0.5min）初期温度/主期温度/末期温度/019.86119.8920.6322.26219.9121.1722.26319.9421.5322.27419.9621.7422.27519.9721.8922.27619.9821.9722.28720.0022.0522.28820.0122.1022.28920.0222.1422.281020.0322.1722.281120.04(点火)22.181222.201322.221422.231522.241622.241722.251822.26v=（19.86-20.04）/10=-0.018 =(22.26-22.28)/10=-0.002=(-0.018-0.002)3/2+(-0.002)16=-0.062燃烧反应方程式为： = =-5128.85kJ/mol 六、注意事项1样品压片要压紧。2充氧时注意安全，注意操作，人应站侧面，手上不可附有油腻物。3每次使用钢瓶时，应在老师指导下进行。4试样燃烧焓的测定和仪器常数的测定，应尽可能在相同条件下进行。5未取出温感器，不得打开量热计的盖子。七、思考题1.本实验如何考虑系统与环境？答：氧弹内部空间为体系，氧弹以外为环境，实验过程中有热损耗，可增加氧弹壁的厚度来降低热损耗。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，避免在称量和装药品时有损失，影响