燃烧焓的测定-物化实验

1、实验四燃烧焓的测定冷向星 76材03班（同组实验者：李琦）实验日期：2012-4-5带实验的老师姓名：陈春1 引言有机化合物的生成焓难以直接从实验中测定，然而有机化合物易于燃烧，含碳、氢和氧等三种元素的有机化合物完全燃烧时生成二氧化碳和水。从有机化合物燃烧的热效应数据也可以估算反应热效应。通常燃烧焓在等容条件下测定（即称为“氧弹”的不锈钢容器中燃烧），所得数据为先 值，经换算后可得出 比 值。实验目的1. 使用弹式量热计测定萘的燃烧焓。2了解量热计的原理和构造，掌握其使用方法。3. 掌握热敏电阻测温的实验技术。实验原理当产物的温度与反应物的温度相同，在反应过程中只做体积功而不做其它功时， 化学

2、反应吸收或放出的热量，称为此过程的热效应，通常亦称为反应热”。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Qp。焓，记作/cHm。通常，C、H等元素的燃烧产物分别为 CQ（g）、H2O（I）等。由于上述条件下 H=p 因此/cHm也就是该物质燃烧反应的等压热效应在实际测量中，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 Qv （即燃烧反应的摩尔燃烧内能变/Um）。若反应系统中的气体物质均可视为理想气体，根据热力学推导，/Hm和/CJm的关系为：进气孔fi电ffi （也是进气管）燃廃m2弹盖尸丄号壁I

3、S筒3掾密Qp Qv nRT(1)图1 量热氧弹测量热效应的仪器称作量热计， 量热计的种类很多，一般测量燃烧焓 用弹式量热计。本实验是用氧弹式量 热计进行萘的燃烧焓的测定，结构如 图1。实验过程中外水套保持恒温， 内水桶与外水套之间以空气隔热。 同 时，还把内水桶的外表面进行了电抛 光。这样，内水桶连同其中的氧弹、 测温器件、搅拌器和水便近似构成了 一个绝热系统。将待测燃烧物质装入氧弹中，充 入足够的氧气。氧弹放入装有一定量 水的内桶中，盖好外桶盖。以电控部分各开关控制搅拌并实现燃烧点火，用热敏电阻作为测温元件， 用电子自动平衡记录仪连续记录内桶水温度的变化。当某样品连同辅助物质棉线、金属丝燃

4、烧后，下式成立：-Qv K ? T Qv棉线？ m棉线Qv点火丝？m点火丝Mr式中：m为待测物的质量，kg ；Mr为待测物的摩尔质量，kg mol-1 ；K 仪器常数，kJC1;T样品燃烧前后量热计温度的变化值；QV棉线,QV点火丝一一分别为棉线和点火丝的恒容燃烧热（一 16736和一3243 kJ/kg）m棉线，m点火丝分别为棉线和点火丝的质量，kg；先燃烧已知燃烧焓的物质（如苯甲酸），标定仪器常数 K,再燃烧未知物质，便可由上式计算出摩尔燃烧内能变。2实验操作实验药品、仪器型号弹式量热计1套；热敏电阻1支（约2kQ）;自动平衡记录仪1台（020mv）;温度计 1支；2000ml容量瓶1个；

5、1000ml容量瓶一个；容积大于 3L装水盆1个；镊子1把。压片 机、镍丝、棉线、万用表、台秤、分析天平、刷子、氧气瓶公用。分析纯的苯甲酸和萘。实验条件（实验温度、湿度、压力等）温度：C 湿度：%气压：实验操作步骤及方法要点1, 样品准备取镍丝两根和棉线两根分别在分析天平上准确称重。在台秤上粗称苯甲酸，在压片机上压成片状，取出药片并轻轻去掉黏附在药品上的粉末， 用称好的棉线绕在药片上，将镍丝穿入棉线挂在分析天平上准确称量。将苯甲酸片上的镍丝紧拴在氧弹的两根电极上。用万用表检查是否通路，旋紧弹盖。通入氧气至真空表不再有变化。充气后再检查是否通路与漏气，然后将氧弹放入内水桶内。 打开计算机，选择数

6、据采集，双击进入。2, 仪器准备打开数显温度计热量计控制器中的电源，将铂电阻温度计探头放入外水套，测量外水套水温。用水盆打一盆自来水（体积3L）,调节水温，使水温低于外水套温度C左右，用容量瓶量取3L水倒入内水套桶中，将电极插在氧弹上，盖上盖子，打开搅拌，将铂电阻温度计 探头放入内水套桶中。3, 燃烧单击计算机界面中开始d察温度显示，当温度没有变化，走过一段平稳的基线后 分钟左右），按下点火键，如果点火成功，过半分钟左右温度应升高。温度不再升高后，继 续记录一段水平线， 再将铂电阻温度计探头放入外水套中，直到温度没有变化（温度曲线为水平状），单击完成，并命名存盘。4, 测量未知样品取萘约，重复

7、上述操作。注意事项1, 称取样品不可过量，否则会升温过高，记录信号超出量程。2, 氧弹充气后一定要检查确信其不漏气，而且要再次检查两电极间是否通路。3, 将氧弹放入量热仪前，一定要先检查点火控制键是否位于“关”的位置。点火结束后， 即将其关掉。4, 氧弹充气操作过程中，人应站在侧面，以免意外情况下弹盖或阀门向上冲出，发生危险。3结果与讨论原始实验数据表格1苯甲酸和萘燃烧焓测定实验数据记录苯甲酸萘棉线质量(g)镍丝质量(g)燃烧后镍丝质量(g)燃烧的镍丝质量(g)药片+棉线+镍丝(g)药片(g)外套水温(oC)左右左右摩尔质量(g/mol)内外套水温在变化中，故所记录温度不为精确值。实验数据处理

8、1. 利用实验室计算机处理1，交替移动光标1和2到完全燃烧后温点击线性拟合 刁选择并双击物理化学实验，选择并双击燃烧焓测定,输入镍丝、棉线、剩余镍丝、总 质量及标准只样品和被测样品的摩尔质量，点击打开，选择并打开文件，交替移动光标 和2到点火前一段平稳的基线位置，在升温曲线上的任何位置重新拟合。确定后，点击提交回高值就会显示出来。两条曲线都处理完成后，点击计算 处理就可以得到被测样品的燃烧焓值。度不变的位置(水平线位置)，点击线性拟合 2|，交替移动光标移动到外套水温曲线位置， 点击线性拟合3,移动光标，将绿色光标放在拟和曲线3与升温曲线的交点上,蓝色光标放，点击计算” ；如果线性拟合交点不理

9、想，点击刷新移动光标经计算机处理得 Qv=mol， Qp Qv nRT =mol2. 利用Origin处理数据将苯甲酸组的数据作图并拟合，得到:Jl 320-(199.09911,326.23611.300-220-200-(199 09911.198.40582)ISO2004006001000苯甲酸数据处理图将萘组数据作图并拟合，得到:(1S7 23729,363.1390 )240-2 20-(187 2&723,220 72416)200200400600 800 1000时间t/s图3可得到苯甲酸曲线峰高，萘曲线峰高。计算的数据、结果萘数据处理图1200将数据代入公式:QvM

10、rK? TQv 棉线? m棉线Qv点火丝？ 叶火丝，其中：m=,Mr = ,Qv= kJ/mol,m棉线=m镍丝（燃烧部分）由公式：Qp QvnRTyO2（气）可以求得Qv = kJ/mol。得到 再将K值代入公式，求萘的燃烧焓CeHsCOOH （固）7CO2（气）3出0（液）K=mv。m=, Mr = ,m镍丝（燃烧部分）=；得到Qv=。反应方程式为：C10 H8（S）+ 12 O2 （g） = 10 CO2 （g） + 4 H2 O（l）， n 2molQp QvnRT =mol。讨论分析数据分析比较萘摩尔燃烧焓的文献值为kJ/mol（，101325Pa）:采用计算机软件进行数据处理得到的

11、结果为mol，相对偏差为%；运用公式计算得到的结果为mol，相对偏差为，两种数据处理方法结果相似，误差均在5%以内。误差分析测量值与理论值出现了一定的误差，分析其中原因，主要有以下几个方面：1, 反应温度（外水套温度）一直处于变化之中，无法精确测量，故计算的摩尔燃烧焓的实 际值与文献值略有差异。2, 燃烧焓的定义中要求燃烧前后温度不变，实验中却是需要利用内水桶水温的升高来进行 曲线峰值的计算，属于非等温反应系统。在计算方法上进行了简化，认为温度近似不变。3, 尽管内水桶与外水套之间以空气隔热但系统并不能做到严格绝热，热交换是存在的，具体表现为外水套的温度点火后会升高。为了减小热交换的影响，内水

12、桶点火前水温应调节成比外水套温度低 C左右（这样测量过程中的吸热量会近似等于放热量）。但是由于在内同水倒入的过程中温度会发生变化，故温差会减少。在本次试验中两组实验的温差都小于C,导致曲线峰高变大，导致测定的燃烧焓偏大。4, 操作方面不严格，例如在制作药片时应该带手套，徒手操作对样品的质量测量会带来误 差。5, 氧弹中除了氧气外还有一部分空气，空气中的氮气也会燃烧放热，但在本实验中并未校 正。异常现象分析无异常现象。4 结论 采用计算机软件进行数据处理得到的结果为 萘的燃烧焓 =mol运用公式计算得到的结果为萘的燃烧焓 =mol5 参考文献基础物理化学实验 （贺德华 麻英 张连庆 编，高等教育

13、出版社，2008）6 附录思考题1 本实验中如何考虑系统与环境系统与环境通过哪些途径热交换这些热交换结果影响怎样 如何校正内水桶以内为系统，具体包括氧弹、测温器件、搅拌器和水，近似为绝热系统。 内水桶以外的外水桶和水为环境。系统和环境通过内外水桶之间的空气对流进行热交换。这些热交换使得环境吸收系统 的热量，系统升温变慢。可以通过雷诺法校正。气瓶应专瓶专用，不能随意改装，各种气压表一般不得混用； 气瓶应存放在阴凉、干燥、远离热源的地方，氧气是强助燃气体，气瓶与明火距离不 5 米；搬运气瓶时要轻要稳，放置要牢靠； 操作时氧气瓶严禁油污；不可将气体气瓶内用尽，以防倒灌； 开启气门时应站在气压表的一侧，不准将气瓶总阀对准头或身体，以防万一阀门或气2使用氧气时要注意那些问题（1）（2）小于（3）（4）（5）（6） 压表冲出伤人。（ 7）充气时应锁紧气阀，缓慢充气，直到没有响声，气压表示数稳定一段时间。3. 搅拌过快或过慢有什么影响4实验中硝酸的生成对结果有何影响如何校正硝酸生成主要是氧弹中剩余的空气中氮气被氧化并溶于水，则相当于发生反