燃烧焓的测定-物化实验.doc

1、材 03 班 冷向星 2010011976 燃烧焓的测定1图 1 量热氧弹实验四 燃烧焓的测定冷向星 2010011976 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） ，所得数据为值，经换算后可得出 值。1.1 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

2、验技术。1.2 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焓，记作 CHm。通常，C 、H 等元素的燃烧产物分别为 CO2(g)、H 2O(l)等。由于上述条件下 H=Qp，因此 CHm 也就是该物质燃烧反应的等压热效应 Qp。 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 CUm）。若反应系统中的气体物

3、质均可视为理想气体，根据热力学推导， CHm 和 CUm 的关系为: （1）pVnRT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。材 03 班 冷向

4、星 2010011976 燃烧焓的测定2当某样品连同辅助物质棉线、金属丝燃烧后，下式成立： （2）VVVrmQKTmQM棉 线 棉 线 点 火 丝 点 火 丝式中：m为待测物的质量， kg ；为待测物的摩尔质量，kgmol -1 ；r仪器常数，kJ 1 ；K样品燃烧前后量热计温度的变化值；T， 分别为棉线和点火丝的恒容燃烧热（16736 和3243 kJ/kg）VQ棉 线 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m棉 线 点 火 丝甲酸） ，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2.1 实验药品、仪器型号弹式量热计 1

5、套；热敏电阻 1 支（约 2k） ；自动平衡记录仪 1 台（020mv） ；温度计 1 支；2000ml 容量瓶 1 个；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。2.2 实验条件（实验温度、湿度、压力等）温度：18.0 湿度：28.5% 气压：101.31Kpa2.3 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0.8g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

6、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0.7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 。观察温度显示，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

7、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0.6g，重复上述操作。2.4 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。材 03 班 冷向星 2010011976 燃烧焓的测定33，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3

8、.1 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) 0.0162 0.0154镍丝质量(g) 0.0392 0.0472燃烧后镍丝质量(g) 0.0351 0.0393燃烧的镍丝质量(g) 0.0041 0.0079药片棉线镍丝(g) 0.8435 0.6616药片(g) 0.7881 0.5990外套水温( oC) 18.750 左右 19.105 左右摩尔质量(g/mol) 122.12 128.17内外套水温在变化中，故所记录温度不为精确值。3.2 实验数据处理1.利用实验室计算机处理选择并双击 物理化学实验 ，选择并双击 燃烧焓测定 ，输入镍丝、棉线、

9、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 1和 2 到点火前一段平稳的基线位置，点击 线性拟合 1，交替移动光标 1 和 2 到完全燃烧后温度不变的位置（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与升温曲线的交点上，蓝色光标放在升温曲线上的任何位置，点击 计算H ；如果线性拟合交点不理想，点击 刷新 ，移动光标重新拟合。确定后，点击 提交 ，峰高值就会显示出来。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。经计算机处理得 QV=-5362.

10、0667kJ/mol， =-5367.0240kJ/molpVQnRT2.利用 Origin 处理数据将苯甲酸组的数据作图并拟合，得到：材 03 班 冷向星 2010011976 燃烧焓的测定4图 2 苯甲酸数据处理图将萘组数据作图并拟合，得到：图 3 萘数据处理图可得到苯甲酸曲线峰高 127.83mv，萘曲线峰高 147.41mv。3.2 计算的数据、结果材 03 班 冷向星 2010011976 燃烧焓的测定5将数据代入公式： ，其中：VVVrmQKTmQM棉 线 棉 线 点 火 丝 点 火 丝m=0.7881g，Mr=122.12g，QV=-3326.0 kJ/mol，m 棉线 = 0.

11、0162g，m 镍丝（燃烧部分） =0.0041g；由公式： pVnRT6522215()()7()3()CHOCOH固 气 气 液可以求得 Qv = -3324.8 kJ/mol。得到 K=-170.08J/mv。再将 K 值代入公式，求萘的燃烧焓m=0.5990g，Mr=128.17g，m 棉线 = 0.0154g,m 镍丝（燃烧部分） =0.0079g；得到 QV=-5303.91kJ。反应方程式为： C10 H8 (s) + 12 O2 (g) = 10 CO2 (g) + 4 H2 O(l) ， moln2=-5308.87kJ/mol。pnRT3.3 讨论分析3.3.1 数据分析比

12、较萘摩尔燃烧焓的文献值为-5153.9 kJ/mol（298.15K，101325Pa）：采用计算机软件进行数据处理得到的结果为-5367.0240kJ/mol ，相对偏差为 4.14%；运用公式计算得到的结果为-5308.87kJ/mol，相对偏差为 3.01%，两种数据处理方法结果相似，误差均在 5%以内。3.3.2 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

13、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，内水桶点火前水温应调节成比外水套温度低 0.7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 0.7，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。3.

14、3.3 异常现象分析无异常现象。材 03 班 冷向星 2010011976 燃烧焓的测定64 结论4.1 采用计算机软件进行数据处理得到的结果为萘的燃烧焓=-5367.0240kJ/mol4.2 运用公式计算得到的结果为萘的燃烧焓=-5308.87kJ/mol5 参考文献基础物理化学实验 （贺德华 麻英 张连庆 编，高等教育出版社，2008）6 附录6.1 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

15、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。2使用氧气时要注意那些问题？（1）气瓶应专瓶专用，不能随意改装，各种气压表一般不得混用；（2）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，气瓶与明火距离不小于 5 米；（3）搬运气瓶时要轻要稳，放置要牢靠；（4）操作时氧气瓶严禁油污；（5）不可将气体气瓶内用尽，以防倒灌；（6）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，则相当于发生反应： ，总反应放热，仪器常数 K 会增大，忽略硝酸的生成将使22354NOHNO测得的燃烧焓数据偏大。校正：利用两个已知燃烧焓的物质。利用其中一个算出 K 值，再用这个 K 值去测另一个的燃烧焓。用测得的数据与理论值相比较，其中的偏差就是由氮气等其他物质反应造成的。利用这个偏差去矫正最后的燃烧焓。5. 如果反应完后，剩余镍丝丢失，可不可以忽略，为什么？镍丝质量不到 0.01g，燃烧时放出热量不到 1J，可以忽略。