物化試驗(yàn)-燃燒熱的測(cè)定

1、實(shí)驗(yàn) 2 燃燒熱的測(cè)定姓名：鄧暉；學(xué)號(hào)： 2010011986；班級(jí)：材 03 班；同組實(shí)驗(yàn)人員：覃兆童 實(shí)驗(yàn)日期： 2012-4-14 ；提交報(bào)告日期： 2012-4-27 ； 帶實(shí)驗(yàn)的助教姓名：陳雙龍1 引言(簡(jiǎn)明的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/ 原理)1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 熟悉彈式量熱計(jì)的原理、構(gòu)造及使用方法。2 明確恒壓燃燒熱與恒容燃燒熱的差別及相互關(guān)系。3 掌握溫差測(cè)量的實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)。4 學(xué)會(huì)用雷諾圖解法校正溫度改變值。1.2 實(shí)驗(yàn)原理在指定溫度及一定壓力下， 1mol 物質(zhì)完全燃燒時(shí)的定壓反應(yīng)熱，稱(chēng)為該物質(zhì)在此溫度下的摩爾燃燒熱，記作 cHm。通常，完全燃燒是指 S CO2 (g), H2T H20

2、( I), St SO(g), 而N鹵素、銀等元素變?yōu)橛坞x狀態(tài)。由于在上述條件下 H = Qp,因此 cHm也就是該物 質(zhì)燃燒反應(yīng)的等壓熱效應(yīng) Qp。在實(shí)際測(cè)量中,燃燒反應(yīng)在恒容條件下進(jìn)行(如在彈式量熱計(jì)中進(jìn)行),這樣直接測(cè)得的是反應(yīng)的恒容熱效應(yīng) Qv (即燃燒反應(yīng)的厶cUm)。若反應(yīng)系統(tǒng)中的氣體均為理想氣體，根 據(jù)熱力學(xué)推導(dǎo), Qp 和 Qv 的關(guān)系為Qp QV nRT( 1)式中：T 反應(yīng)溫度，K ; n 反應(yīng)前后產(chǎn)物與反應(yīng)物中氣體的物質(zhì)的量之差；R 摩爾氣體常數(shù)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得Qv值，根據(jù)上式就可計(jì)算出 Qp,即燃燒熱的值。5、TncTiiirn2斗9彈式量熱計(jì)的基本原理是能量守恒定律。樣

3、品完全燃燒所釋放的能量使得氧彈本身及同其中的氧彈、測(cè)溫器件、攪拌器和水便近似構(gòu)成一個(gè)絕熱體系。測(cè)量熱效應(yīng)的儀器稱(chēng)作量熱計(jì)。量熱計(jì)的種類(lèi)很多。一般測(cè)量燃燒熱用彈式量熱計(jì)。水桶與外水套之間以空氣隔熱。同時(shí)，還對(duì)內(nèi)水桶的外表面進(jìn)行了電拋光。這樣，內(nèi)水桶連本實(shí)驗(yàn)所用量熱計(jì)和氧彈結(jié)構(gòu)如圖2-2-1和圖2-2-2所示。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中外水套保持恒溫，內(nèi)ffl? 5-1 SWPgMf圖哥2 2 覲彈1彈體；P彈幅：34 兜吒閥門(mén)：5-血?dú)忾y仃勺 A覽阪：禮燒址從玄景周?chē)慕橘|(zhì)和量熱計(jì)有關(guān)附件的溫度升高測(cè)量介質(zhì)在燃燒前后的變化值，就可求算該樣品(2)1的恒容燃燒熱。Qv K ? T Qv棉線(xiàn)？ m棉線(xiàn) Qv點(diǎn)火絲？

4、m點(diǎn)火絲 Mrkg mol- ; K儀Qv棉線(xiàn),Qv點(diǎn)火絲分別式中：m為待測(cè)物的質(zhì)量，kg ； Mr 為待測(cè)物的摩爾質(zhì)量，器常數(shù)，kJC1 ； T 樣品燃燒前后量熱計(jì)溫度的變化值;為棉線(xiàn)和點(diǎn)火絲的恒容燃燒熱（-16736 和一 3243k J kg) m棉線(xiàn),m點(diǎn)火絲分別為棉線(xiàn)和2-2-1 及圖 2-2-3)點(diǎn)火絲的質(zhì)量，kg。先燃燒已知燃燒熱的物質(zhì)（如苯甲酸），標(biāo)定儀器常數(shù) K,再燃燒未知物質(zhì)，便可由上式計(jì)算出未知物的恒容摩爾燃燒熱，再根據(jù)（1 ）式計(jì)算出摩爾燃燒熱。2實(shí)驗(yàn)操作2.1實(shí)驗(yàn)用品、儀器型號(hào)及測(cè)試裝置示意圖2.1.1實(shí)驗(yàn)用品彈式量熱計(jì)1套；2000ml容量瓶1個(gè)；1000ml容量瓶

5、1個(gè)；水盆1個(gè)（容量大于 3000ml）;電腦一臺(tái)（用于采集數(shù)據(jù)）；壓片機(jī)、鎳絲、棉線(xiàn)、萬(wàn)用表、分析天平、剪刀、氧氣瓶及減 壓閥公用。萘（AR；苯甲酸（AR。2.1.2儀器型號(hào)SR-1數(shù)顯熱量計(jì)控制器;氮氧式熱量計(jì)。2.1.3測(cè)試裝置示意圖（如圖2.2實(shí)驗(yàn)條件（實(shí)驗(yàn)溫度、濕度、壓力等）室溫、常壓2.3實(shí)驗(yàn)操作步驟及方法要點(diǎn)實(shí)驗(yàn)操作步驟方法要點(diǎn)1儀器常數(shù)的測(cè)定1、樣品要適量，太多太少都樣品準(zhǔn)備會(huì)造成誤差。取合適長(zhǎng)度鎳絲和棉線(xiàn)各一根，分別在分析天平上準(zhǔn)確2、棉線(xiàn)要綁牢樣片，否則操稱(chēng)量。作過(guò)程中容易脫落。在臺(tái)秤上稱(chēng)量0.8g左右的苯甲酸，在壓片機(jī)上壓成片3、注意檢查氧彈內(nèi)各個(gè)部狀，取出藥片并輕輕去掉

6、粘附在藥片上的粉末，用稱(chēng)好的棉件及點(diǎn)火絲，不要使電極線(xiàn)捆綁在藥片上，固定好。將鎳絲穿入棉線(xiàn)，在分析天平上兩端短路，保證電流通過(guò)準(zhǔn)確稱(chēng)量。點(diǎn)火絲。將苯甲酸片上的鎳絲固定在氧彈的兩根電極上，如圖4、氧彈充氣過(guò)程中，人員應(yīng)2-2-3，用萬(wàn)用表檢查是否通路。確認(rèn)通路后旋緊彈蓋，通入站在側(cè)面，一只手要始終1.0MPa氧氣，然后將氧彈放入內(nèi)水桶，接上點(diǎn)火電極。抓住充氣閥，以免意外情儀器準(zhǔn)備況下彈蓋或閥門(mén)向上沖打開(kāi)量熱計(jì)電源，開(kāi)動(dòng)攪拌，將溫度傳感器置于外水套出，發(fā)生危險(xiǎn)。中，觀察溫度顯示。待溫度穩(wěn)定后，記卜溫度。5、在步驟2中用水盆調(diào)節(jié)水用水盆接取自來(lái)水（大于3000ml）,將溫度傳感器放入溫，水溫調(diào)好后應(yīng)

7、迅速量水盆中，不斷攪動(dòng)，通過(guò)加入涼水或熱水調(diào)節(jié)水溫，使溫度取，不要放置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，低于外水套0.8-0.9 C左右。準(zhǔn)確量取 3000ml，倒入內(nèi)桶。以免水溫變化過(guò)大。6、對(duì)棉線(xiàn)和鎳絲的量取不能過(guò)少也不能過(guò)多，應(yīng)當(dāng)適量1Hc rD1LBtMIM-27 Ur&Kd li燃燒測(cè)量蓋上桶蓋，將溫度傳感器插入內(nèi)桶，開(kāi)動(dòng)攪拌。打開(kāi)計(jì) 算機(jī)選擇數(shù)據(jù)采集，單擊計(jì)算機(jī)界面中開(kāi)始。 觀察溫度顯示， 當(dāng)溫度沒(méi)有變化，走過(guò)一段平穩(wěn)的基線(xiàn)后（2分鐘左右），按下點(diǎn)火鍵，如果點(diǎn)火成功，過(guò)半分鐘左右溫度應(yīng)升高。溫度 不再升高后，繼續(xù)記錄一段水平線(xiàn)，再將鉑電阻溫度計(jì)探頭 放入外水套中，直到溫度沒(méi)有變化（溫度曲線(xiàn)為水平狀

8、），單擊完成，并命名存盤(pán)。停止攪拌，取出氧彈，放出燃燒廢氣，打開(kāi)蓋子，觀察 燃燒是否完全，取出剩余鎳絲準(zhǔn)確稱(chēng)量（去掉有熔融小球）。取出并擦凈氧彈，小心取下攪拌放好，將內(nèi)水套桶中的水倒 入水盆中，擦凈水桶。2.未知物測(cè)量取0.6g左右的萘，同上述操作方法。3結(jié)果與討論3.1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理3.1.1實(shí)驗(yàn)室電腦數(shù)據(jù)處理方法選擇并雙擊物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)，選擇并雙擊燃燒焓測(cè)定，輸入鎳絲、棉線(xiàn)、剩余鎳絲、總質(zhì)量及標(biāo)準(zhǔn)只樣品和被測(cè)樣品的摩爾質(zhì)量，點(diǎn)擊打開(kāi)，選擇并打開(kāi)文件，交替移動(dòng)光標(biāo)1和2到點(diǎn)火前一段平穩(wěn)的基線(xiàn)位置，點(diǎn)擊線(xiàn)性擬合1，交替移動(dòng)光標(biāo)1和2到完全燃燒后溫度不變的位置（水平線(xiàn)位置），點(diǎn)擊線(xiàn)性擬合 2,交替移

9、動(dòng)光標(biāo)移動(dòng)到外套水溫曲線(xiàn)位置，點(diǎn)擊 線(xiàn)性擬合3,移動(dòng)光標(biāo)，將綠色光標(biāo)放在擬和曲線(xiàn)3與升溫曲線(xiàn)的交點(diǎn)上，藍(lán)色光標(biāo)放在升 溫曲線(xiàn)上的任何位置，點(diǎn)擊計(jì)算H ;如果線(xiàn)性擬合交點(diǎn)不理想，點(diǎn)擊刷新，移動(dòng)光標(biāo)重新擬合。確定后，點(diǎn)擊提交，峰高值就會(huì)顯示出來(lái)。兩條曲線(xiàn)都處理完成后，點(diǎn)擊計(jì)算處理， 就可以得到被測(cè)樣品的燃燒焓值。這樣做是因?yàn)槭箖?nèi)水桶完全絕熱是很困難的，總會(huì)有內(nèi)外水套之間的熱交換。為了校正這部分熱損失，需在升溫曲線(xiàn)上找出與外水套溫度相等的點(diǎn)，過(guò)此點(diǎn)作垂線(xiàn)與曲線(xiàn)的兩條始末階段直線(xiàn)的外延線(xiàn)相交于兩點(diǎn)，此二點(diǎn)之間的距離即為校正后的h值。3.1.2實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)處理結(jié)果苯甲酸被測(cè)樣品萘鎳絲0.0261g鎳絲0

10、.0250g棉線(xiàn)0.0129g棉線(xiàn)0.0092g制片后總重0.8755g制片后總重0.6629g反應(yīng)后鎳絲質(zhì)量0.0185g反應(yīng)后鎳絲質(zhì)量0.0222g外桶溫度21.636 C外桶溫度21.847 CM1122.12M2128.17曲線(xiàn)峰高134.6237曲線(xiàn)峰高151.5822被測(cè)物質(zhì)燃燒焓=5095.4729kJ/mol3.1.3其他數(shù)據(jù)項(xiàng)目數(shù)值（單位）棉線(xiàn)燃燒內(nèi)能變1-16736 kJ kg 1鎳絲燃燒內(nèi)能變1-3243 kJ kg苯甲酸燃燒內(nèi)能變1-26487 kJ kg 1苯甲酸在298.2K時(shí)的燃燒熱Qp= 3226.9kJ mol 13.2利用公式計(jì)算的數(shù)據(jù)、結(jié)果3.2.1用or

11、igin軟件擬合如下圖 苯甲酸曲線(xiàn)峰高132.61mV,萘曲線(xiàn)峰高152.60mV。550500 -450-(257.5 L5g7 01(257.51,487.17)(257,51.434 79)40G 1-r11105001000圖1苯甲酸電勢(shì)隨時(shí)間變化圖650-1500-550 -500 -JL(259.46,482 47)450 -|1j0 200400600時(shí) fHj/s10001200由圖1和圖2可以看出:圖2萘的電勢(shì)隨時(shí)間變化圖322計(jì)算數(shù)據(jù)（1）先由苯甲酸曲線(xiàn)峰高計(jì)算儀器常數(shù)K，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)帶入公式：Qv K? T Qv 棉線(xiàn)？ m棉線(xiàn) Qv點(diǎn)火絲？ m點(diǎn)火絲 Mr知道以下數(shù)據(jù)：苯

12、甲酸總質(zhì)量m=0.8365g,Mr =122.12g，Qp=-3226.9kJ/mol，m棉線(xiàn)= 0.0129g，m鎳絲（燃燒部分）=0.0076g ；由公式：Qp QvnRT且化學(xué)反應(yīng)式：C6H5COOH （固）O2（氣）7CO2（氣）3H2O（液）2Qv=-3226.0- （-0.5）*8.314*298.2/1000=-3225.7 kJ/mol進(jìn)一步計(jì)算得到 K=-168.43J/mv電位差（2 ）由K計(jì)算萘的燃燒熱知道以下數(shù)據(jù)： m=0.6287g，Mr=128.17g，m 棉線(xiàn)=0.0092g,m鎳絲(燃燒部分) =0.0028g ；得到 Qv=-5206.6kJ。反應(yīng)方程式為：C

13、10 H8 (s) + 12 O2 (g) = 10 CO 2 (g) + 4 H2 O(l) ， n 2molQp QvnRT =-5211.5kJ/mol。3.3討論分析（1） 萘摩爾燃燒焓的文獻(xiàn)值為-5153.9 kJ/mol （ 298.15K，101325Pa）:采用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到的結(jié)果為-5095.4729kJ/mol，相對(duì)偏差為1.13%;運(yùn)用公式計(jì)算得到的結(jié)果為-5211.5kJ/mol，相對(duì)偏差為1.12%。可見(jiàn)計(jì)算結(jié)果較精確。（2）誤差分析：本實(shí)驗(yàn)中測(cè)量步驟較多，易引起誤差；但認(rèn)為操作時(shí)誤差來(lái)源的關(guān)鍵，如 燃燒未完全，內(nèi)桶未完全絕熱，調(diào)節(jié)水溫后因放置時(shí)間太久而又

14、引起溫差等等。（3）數(shù)據(jù)擬合：此實(shí)驗(yàn)中選取線(xiàn)段擬合非常的關(guān)鍵，因?yàn)樵谄渌麠l件不變的情況下，任意 改變一個(gè)點(diǎn)的位置， 所得的直線(xiàn)差別很大， 最后所算的的燃燒熱差別則將進(jìn)一步擴(kuò)大， 所以 選取適當(dāng)?shù)木€(xiàn)段擬合非常關(guān)鍵。（4）點(diǎn)火常出現(xiàn)問(wèn)題，若點(diǎn)火未成功，一般有以下幾個(gè)原因： 深入彈體內(nèi)部的電極和氧彈壁接觸短路； 連接燃燒絲的電爐斷了，應(yīng)用萬(wàn)用表檢查； 彈內(nèi)氧氣不足，應(yīng)取出氧彈檢查；樣品脫落，未燃燒成功。（5）實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵首先是水溫的調(diào)節(jié)，要使水的溫度低于外水套溫度約0.6 C左右，但水加入儀器中之后會(huì)有一定地升高，因而在調(diào)節(jié)水溫的時(shí)候應(yīng)該使水的溫度低于外水套溫度約0.6-0.7 C左右，溫度調(diào)節(jié)的

15、比較準(zhǔn)確是這次實(shí)驗(yàn)比較成功的主要原因。 另一個(gè)重要因素是棉線(xiàn)的選取。 棉線(xiàn) 的引入是造成誤差的重要因素， 因此應(yīng)該選取少量棉線(xiàn)， 以滿(mǎn)足固定藥片的要求即可， 質(zhì)量 過(guò)大的棉線(xiàn)和鎳絲則在反應(yīng)中不能被忽略， 也會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 實(shí)驗(yàn)中還忽略了溫度對(duì)恒溫 熱容的影響。 應(yīng)該說(shuō)這些是實(shí)驗(yàn)本身的系統(tǒng)誤差， 但在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中必須盡可能減少誤差。 這 次測(cè)定燃燒焓誤差允許在 10%以?xún)?nèi)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果還是比較令人滿(mǎn)意的。4 結(jié)論（1）通過(guò)用已知物質(zhì)苯甲酸測(cè)量，對(duì)儀器常數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，測(cè)得待測(cè)物質(zhì)萘的燃燒焓為 -5211.5kJ/mol 。（2）通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，特別對(duì)雷諾圖解法有了更進(jìn)一步的了解，對(duì)數(shù)據(jù)的處理有了更好的掌

16、握等。5 參考文獻(xiàn)1 北京大學(xué)化學(xué)院物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)組 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn) 北京：北京大學(xué)出版社， 2002 4445.2 清華大學(xué)化學(xué)系物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)編寫(xiě)組 . 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn) . 北京：清華大學(xué)出版社， 1991:26-37.3 復(fù)旦大學(xué)等物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)北京：高等教育出版社，1992 43 47.6 附錄6.1 思考題1. 本實(shí)驗(yàn)中如何考慮系統(tǒng)與環(huán)境？系統(tǒng)與環(huán)境通過(guò)哪些途徑進(jìn)行熱交換？這些熱交換 對(duì)結(jié)果影響怎樣？如何校正？ 答：本實(shí)驗(yàn)的研究系統(tǒng)是量熱器內(nèi)筒，環(huán)境為內(nèi)筒之外的空間。系統(tǒng)可選為內(nèi)水桶本 身及其內(nèi)部裝的水、氧彈式量熱器以及其中的全部藥品設(shè)備、外加內(nèi)水桶配套的攪拌器 等設(shè)備；環(huán)境則是外水槽及其內(nèi)部裝的水。通過(guò)熱輻射、熱傳導(dǎo)進(jìn)行熱交換，損失一部 分熱量，可能引起實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏低。我們是通過(guò)雷諾圖解法校正的。2. 使用氧氣應(yīng)注意那些問(wèn)題？答：