物化实验——燃烧热的测定.pdf

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1、物化实验燃烧热的测定物化实验燃烧热的测定一、实验目的一、实验目的1、明确燃烧热的定义，了解定压燃烧热与定容燃烧热的差别。2、掌握量热技术的基本原理；学会测定萘的燃烧热3、了解氧弹量热计的主要组成及作用，掌握氧弹量热计的操作技术。4、学会雷诺图解法校正温度改变值。二、实验原理二、实验原理通常测定物质的燃烧热，是用氧弹量热计，测量的基本原理是能量守恒定律。一定量被测物质样品在氧弹中完全燃烧时，所释放的热量使氧弹本身及其周围的介质和量热计有关附件的温度升高，测量介质在燃烧前后温度的变化值T，就能计算出该样品的燃烧热。Qp QV RTn(g)（1）W样品W铁丝Q铁丝QV(C水W水C总（)T2-T1）（

2、2）M用已知燃烧热的物质（本实验用苯甲酸）放在量热计中燃烧，测其始末温度，求出T。便可据上式求出 K，再用求得的 K 值作为已知数求出待测物（萘）的燃烧热。三、仪器和试剂三、仪器和试剂1.仪器SHR-15 氧弹量热计 1 台；贝克曼温度计；压片机 2 台；充氧器 1 台；氧气钢瓶 1 个；1/10温度计；万能电表一个；天平2.试剂铁丝；苯甲酸(AR)；萘（AR）；氧气四、实验步骤四、实验步骤1、测定氧氮卡计和水的总热容量（1）样品压片：压片前先检查压片用钢模，若发现钢模有铁锈油污或尘土等，必须擦净后，才能进行压片，用天平称取约 0.8g 苯甲酸，再用分析天平准确称取一根铁丝质量，从模具的上面倒

3、入己称好的苯甲酸样品，徐徐旋紧压片机的螺杆，直到将样品压成片状为止。抽出模底的托板，再继续向下压，使模底和样品一起脱落，然后在分析天平上准确称重。分别准确称量记录好数据，即可供燃烧热测定用。（2）装置氧弹、充氧气：拧开氧弹盖，将氧弹内壁擦净，特别是电极下端的不锈钢接线柱更应擦十净，将点火丝的两端分别绑紧在氧弹中的两根电极上，选紧氧弹盖，用万用表欧姆档检查两电极是否通路，使用高压钢瓶时必须严格遵守操作规则。将氧弹放在充氧仪台架上，拉动板乎充入氧气。（3）燃烧温度的测定：将充好氧气后，再用万用表检查两电极间是否通路，若通路将氧弹放入量热计内简。用量筒称 3L 自来水，倒入水桶内，装好搅拌轴，盖好盖

4、子，将贝克曼温度计探头插入水中，此时用普通温度计读出水外筒水温和水桶内的水温。接好电极，盖上盖了，打开搅拌开关。待温度温度稳定上升后，每个半分钟读取贝克曼温度计一次，连续记1/9.录 5min，得到燃烧前的温度，此刻按下点火键，仍然半分钟读数记录一次，直到温度升到最高点开始下降后仍然记录5min 作为燃烧结束后期温度，方可停止实验。2、萘燃烧热 QV的测定（1）称取约 0.6g 的萘两份，同上实验操作进行两次，求平均值（2）最后倒去自来水，擦干铜水桶待下次实验用五、数据处理五、数据处理文献值】文献值】恒压燃烧热苯甲酸萘Cp，m（H2Ol）75.30 J/molKCp，m（CO2g）37.135

5、 J/molKCp，m（O2g）29.36 J/molKCp，m（萘 s）142.2 J/molKkcal/mol-771.24-1231.8kJ/mol-3226.9-5153.8J/g-26460-40205测定条件p,25p,251、用图解法求出苯甲酸燃烧引起卡计温度变化的差值T，计算卡计的热容 C。（1）苯甲酸燃烧1、用图解法求出苯甲酸燃烧引起卡计温度变化的差值T，计算卡计的热容 C。（1）苯甲酸燃烧实验前称重/g实验后称重/g苯甲酸+铁丝0.818点火丝0.0100.006苯甲酸的燃烧温度时间表(每半分钟记录一次)时间温差温度 T时间温差(t)/温度 T（）（T）/K（）(t)/mi

6、n（T）/Kmin12.41425.914183.68327.1832/9.2345678910111213141516172.4172.4172.4152.4122.4112.4082.4052.4052.4022.4162.6142.9733.2523.4373.5573.63125.91725.91725.91525.91225.91125.90825.90525.90525.90225.91626.11426.47326.75226.93727.05727.131192021222324252627282930313233343.7153.7393.7583.7703.7803.788

7、3.7923.7963.8013.8003.8003.8013.8003.8013.79927.21527.23927.25827.27027.28027.28827.29227.29627.30127.30027.30027.30127.30027.30127.299苯甲酸的温度校正图苯甲酸的温度校正图由图交点可知，T=27.2814084-25.8970835=1.384324，计算卡计的热容 C：-n Q由图交点可知，T=27.2814084-25.8970835=1.384324，计算卡计的热容 C：-n Qv v m Q m Q点火丝点火丝=C（T=C（T2 2-T-T1 1）代入数

8、据，C=15463.47J/K）代入数据，C=15463.47J/K3/9.（2 2）第一次萘燃烧）第一次萘燃烧奈+点铁丝实验前称重/g0.586实验后称重/g点火丝0.0110.009萘的燃烧温度时间表(每半分钟记录一次)时间温差(t)/（T）/Kmin10.40220.40630.40440.40350.40260.40170.39880.39590.395100.445110.705121.036131.353141.582151.727161.812171.874萘的温度校正萘的温度校正温度 T时间温差温度 T（）（）(t)/min（T）/K24.10224.10624.10624.1

9、0324.10224.10124.09824.09524.09524.14524.40524.73625.05325.28225.42725.51225.57418192021222324252627282930313233341.9141.9421.9641.9791.9902.0002.0062.0122.0162.0192.0172.0182.0162.0202.0222.0232.01825.61425.64225.66425.67925.69025.70025.70625.71225.71625.71925.71725.71825.71625.72025.72225.72325.71

10、84/9.由图交点可知，由图交点可知，T=25.7059152T=25.7059152 24.=1.61611 24.=1.61611，计算萘的计算萘的 QvQv，-nQ-nQv v-mQ-mQ点火丝点火丝=C=C（T T2 2-T-T1 1），代入数据，代入数据 Q QV V=-5573946.156/mol=-5573946.156/molQ QP P=Q=QV V+nRTnRT代入数据代入数据Q QP P=-5578878.852J/mol=-5578878.852J/mol（2 2）第二次萘燃烧）第二次萘燃烧萘+点铁丝实验前称重/g0.624实验后称重/g0.006燃烧丝0.014萘的

11、燃烧温度时间表(每半分钟记录一次)时间温差(t)/min（T）/K12345678910111213141516171819203.6783.6833.6833.6803.6813.6833.680 3.6783.6793.6773.6883.7303.8203.984 4.1634.3384.4884.6064.7044.782温度 T（）27.17827.18327.18327.18027.18127.18327.18027.17827.17927.17727.18827.23027.32027.48427.66327.83827.98828.10628.20428.282时间(t)/mi

12、n2122232425262728293031323334353637383940温差（T）/K4.8454.8894.9284.9564.9835.0035.0215.0355.2125.2765.2755.2745.2765.2725.2685.2645.2595.2575.2545.249温度 T（）28.34528.38928.42828.45628.48328.50328.52128.53528.71228.77628.77528.77428.77628.77228.76828.76428.75928.75728.75428.7595/9.该实验数据存在较大误差，舍去。实验测得，萘的

13、摩尔燃烧热为实验测得，萘的摩尔燃烧热为 Q QP P=-5578878.852J/mol=-5578878.852J/mol（296.65K296.65K），查阅文献可，查阅文献可知萘的标准摩尔燃烧热为知萘的标准摩尔燃烧热为 5153900J/mol 5153900J/mol（298.15K298.15K）。根据基尔霍夫定律：根据基尔霍夫定律：C Cp p，m m1010C Cp p，m m（COCO2 2,g,g）4 4C Cp p，m m（H H2 2O,lO,l）C Cp p，m m（萘（萘,s,s）12C12Cp p，m m（O O2 2,g,g）178.03 J/mol178.03

14、J/mol K Kc cH Hmm（T=298.15KT=298.15K）=c cH Hmm（T=296.65T=296.65K）+C Cp p T=5579145.897J/molT=5579145.897J/mol相对误差相对误差%=%=（-5579145.897+5153900-5579145.897+5153900）/5153900=8.25%/5153900=8.25%六、实验注意事项六、实验注意事项1.压片时应将燃烧丝压入片内。2.氧弹充完氧后一定要检查确信其不漏气，并用万用表检查两极间是否通路。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，应立即

15、将其关上，点火后注意观察电流表读数，确保点火成功。4.氧弹充氧的操作过程中，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。5.绝热式氧弹量热计既可测量固态可燃物的燃烧热，也可测量液态可燃物的燃烧热。高沸点液态油类，可直接置于燃烧皿中，用棉线等引燃测定。对于低沸点可燃物，应先将其密封，以免挥发。本实验用聚乙烯塑料袋封装，也可用小玻璃泡封装，再将小玻泡置于引燃物上，将其烧裂引燃测定。6.每次燃烧结束后，一定要擦干氧弹内部的水，否则会影响实验结果。每次整个实验做完后，不仅要擦干氧弹内部的水，氧弹外部也要擦干，已防生锈。7.若系统的绝热性能不好时，在雷诺校正图上可能会出现 CD 段斜率为负

16、，这主要是由于系统内热量的散失所导致。6/9.七、思考题七、思考题1、什么是燃烧热？它在化学计算中有何应用？在 101 kPa时，1 mol可燃物完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热单位为 kJ/mol。反应热中 H 为负，则为放热反应；为正，则为吸热反应，燃烧热为反应热的一种，其 H 为负值含相同碳原子数的烷烃异构体中，直链烷烃的燃烧热最大，支链越多燃烧热越小。2、什么是卡计和水的热当量？如何测得？卡计和水当量就是量热仪内筒水温每升高一度所吸收的热量（即量热计的热容量）。单位是：焦耳/度测法：用已知燃烧焓的物质（如本实验用的苯甲酸），放在量热计中燃烧，测量其始、末温度，

17、经雷诺校正后，按下式：nQV,m m点火丝Q点火丝 CT即可求出3、测量燃烧热两个关键要求是什么？如何保证达到这两个要求？答：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

18、拌钮或置 0 时）误点火，样品先已燃烧的事故。(4)实验测量到的温度差值为何要经过雷诺作图法校正，还有哪些误差来源会影响测量的结果？实际上，热量计与周围环境的热交换无法完全避免，它对温度测量值的影响可用雷诺温度校正图校正。还可能带来误差的可能有：实验过程中的系统误差；可能与当天的温度和气压有关；样品可能受潮使称量时产生误差；样品可能中可能含有杂质7/9.八、实验结果讨论与分析八、实验结果讨论与分析1、实验要保证样品充分燃烧确保充分燃烧可以采取一下措施：（1）.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

19、于引起爆炸性燃烧残剩黑糊等状。（2）.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。（3）.充足氧并保证氧弹不漏氧，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。（4）.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、实验中，系统是氧弹和水桶，环境是恒温夹套，系统和环境之间存在热交换，量热系统与环境间有热辐射，这样会对热系统的温度变化值产生影响，因而实验需要雷诺法对实验温度进行校正。在用雷诺图校正中，由图可见，在燃烧结束阶段，温度并非保持稳定，而是小幅度上升这可以看出系统的绝热性能不错，

20、3、实验中对苯甲酸燃烧温度的测量很重要，苯甲酸作为标准物质，根据能量守恒原理，标准物质苯甲酸燃烧放出的热量全部被氧弹及周围的介质等吸收，使得测量体系的温度变化，标定出氧弹卡计的热容，每个仪器的热容都有差距，这个计算的结果会代入萘的的燃烧热测量和计算。因而，苯甲酸燃烧采用两次测量取平均值，这样能减小误差。4、在燃烧热测定的实验中，以下这些因素容易造成实验误差：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(0.5-0.6g)和萘(0.50.6g)压片，注意紧实度，分析天平称样。量筒量取 300

21、0mL 水，主要减少水的损失。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5、加入内水桶中的水的水温要比外桶低，因为测量体系与环境之间有热交换，就应该使体系与环境交换的热量为零或者尽可能的小，在实验中，样品点火燃烧后，要让内水桶中的水的水温比桶外低，使水从外桶处获得热量，这样实验结果会更准确。【参考文献】【参考文献】1 何广平.物理化学实验M.北京：化学工业出版社，2007.122 崔献英，柯燕雄，单绍纯.物理化学实验M.合肥：中国科技大学出版社，20003 傅献彩，沈文霞，姚天扬.物理化学M.南京：高等教育出版社，19908/9.9/9.