實驗3 燃燒熱的測定

1、 燃燒熱的測定【實驗?zāi)康摹浚?）使用氧彈式量熱計測定固體有機物質(zhì)（萘）的恒容燃燒熱，并由此求算其摩爾燃燒熱。（2）了解氧彈式量熱計的原理、構(gòu)造及使用方法，掌握氧彈式量熱計的使用方法，熟悉貝克曼溫度計的調(diào)節(jié)和使用方法。（3）掌握恒容燃燒熱和恒壓燃燒熱的差異和相互換算，學(xué)會用雷諾圖解法校正溫度改變值。實驗原理】燃燒焓的定義：在指定的溫度和壓力下，一摩爾物質(zhì)完全燃燒生成指定產(chǎn)物的焓變，稱該物質(zhì)在此溫度下的摩爾燃燒焓，記作AH。cm本實驗是在等容的條件下測定的。等壓熱效應(yīng)與等容熱效應(yīng)關(guān)系為：H=U+AnRT（1）cmcm丄丿n是燃燒反應(yīng)方程式中氣體物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)，產(chǎn)物取正值，反應(yīng)物取負值。燃燒熱可在

2、恒容或恒壓條件下測定，又熱力學(xué)第一定律可知，在不做非膨脹功時，ZCU=Q,H=Q.在cmvcmp氧彈式量熱計中測定的燃燒熱是Qv，貝y：Q=Q+AnRT（2）pv、丿在盛有水的容器中放入裝有W克樣品和氧氣的密閉氧彈，使樣品完全燃燒，放出的熱量引起體系溫度的上升。根據(jù)能量守恒原理，用溫度計測量溫度的改變量，由下式求得QV。(3)MC(T-T)W終始式中，M是樣品的摩爾質(zhì)量（g.mol-1）；C為樣品燃燒放熱始水和儀器每升高1度所需要的熱量，稱為水當(dāng)量（J.K-1）。水當(dāng)量的求法是用已知燃燒熱的物質(zhì)（本實驗用苯甲酸）放在量熱計中，測定和T始和T終即可測得萘的燃燒焓。始終環(huán)境恒溫式量熱計屬于密閉體系

3、，沒有物質(zhì)的交換只有能量的交換，體系為樣品等能燃燒的物質(zhì)，體系燃燒產(chǎn)生的熱量通過氧彈傳到環(huán)境（水和儀器），使溫度升高。做雷諾數(shù)校正圖求出AT。就可求得樣品燃燒熱。1）本實驗由苯甲酸數(shù)據(jù)求出水當(dāng)量WQ總熱量=Q樣品EM）+Q燃絲m燃絲=WAT（Q燃絲=-1400.8Jg-1）2）將水當(dāng)量值代入1）就可求出Q樣品，再換算成Qv。環(huán)境式量熱器最外層是儲滿水的外筒，當(dāng)氧彈中的樣品開始燃燒時，內(nèi)筒與外筒之間有少許熱交換，因此不能直接測出初溫和最高溫度，需要由溫度-時間曲線進行確定。儀器與試劑】氧彈式量熱計1套；氧氣鋼瓶（帶氧氣表）；臺稱1只；電子天平1臺（O.OOOlg）。苯甲酸（A.R）；萘（A.R）

4、；燃燒絲。oKE,.一10圖I絕熱式量熱計構(gòu)追簡圖圖2氧禪的基本構(gòu)造睪弾Z貝克曼溫度匕3-內(nèi)筒1-禪飾2-珀塌3-火焰檔板I4-敢大笹5-誼溫水夾套&水夾套4禪蓋3-排氣孔6.頭電槪溫度口了玄拌電機8.頭攪拌器?誑士M（Jifi士呵w占山必ffLI習(xí)【實驗步驟】水當(dāng)量的測定（1）樣品壓片在電子臺秤上粗稱0.91.0g苯甲酸，在專用壓片機中壓成片狀（力度適中），然后在電子天平上準(zhǔn)確稱重（可以分別稱量空坩堝和藥片放入坩堝之后的質(zhì)量），置于氧彈中。（2）氧彈充氧精確稱量一根燃燒絲的質(zhì)量，將氧彈的彈頭放在彈頭架上，將燃燒絲的兩端分別緊繞在氧彈頭上的兩根電極上，并使燃燒絲與藥片上平面相接觸（如下圖，本實

5、驗中不需要用棉線固定），但不能與彈體內(nèi)壁接觸（以免短路），把彈頭放入彈杯中，擰緊。充氧時，注意高壓氧氣鋼瓶的使用方法。將氧彈置于支架上，開始先充約1MPa氧氣，然后用球針開啟出口，趕出氧彈中的空氣。再充入1MPa氧氣，充氣約1分鐘。如此重復(fù)2次，最后充入氧氣，將氧彈放入量熱計中，接好點火線。(3)調(diào)節(jié)水溫準(zhǔn)備一桶自來水，調(diào)節(jié)水溫約低于外筒水溫1C左右(可在水中加入少量冰塊)。用大天平秤取3000g已調(diào)溫的水注入內(nèi)筒，水面蓋過氧彈。裝好攪拌頭。(4)測定水當(dāng)量蓋上桶蓋，將溫度傳感器插入內(nèi)桶，打開攪拌器，讓體系平衡一段時間；打開電腦桌面上的軟件，設(shè)置采集時間(15s)和坐標(biāo)系(橫坐標(biāo)0-30min

6、,溫度范圍從(起始溫度-0.5oC)-(起始溫度+3。0)。按下“點火”開關(guān)(果斷按下并保持3-5s后再松開)每隔15秒記錄一次。當(dāng)溫度明顯升高時，說明點火成功；待溫度升至最高點后，再記錄10次，停止實驗。停止攪拌，取出氧彈，放出余氣，打開氧彈蓋，若氧彈中無灰燼，表示燃燒完全，將剩余燃燒絲稱重，待處理數(shù)據(jù)時用。當(dāng)氧彈打開后，如發(fā)現(xiàn)氧彈中有較多的黑色物質(zhì)，則此次實驗燃燒不完全，應(yīng)重新測量。燃燒不完全最主要的愿因就是氧氣的量不足(氧彈漏氣、充氧不足、操作失誤未能沖入氧氣等)，此外樣品量過大，藥片松散部分脫落也可造成燃燒不完全。將內(nèi)桶的水倒入水盆用于下次的測量，將氧彈洗凈擦干。測量萘的燃燒熱稱取0.

7、8g0.9g萘，重復(fù)上述步驟測定之?！咀⒁馐马棥砍溲鯐r注意氧氣鋼瓶和減壓閥的正確使用順序，注意開關(guān)的方向和壓力；氧氣瓶在開總閥前要檢查減壓閥是否關(guān)好；實驗結(jié)束后要關(guān)上鋼瓶總閥，注意排凈余氣，使指針回零。壓片機要專用，不要搞混，以免污染。內(nèi)筒中加3000mL水后若有氣泡逸出，說明氧彈漏氣，應(yīng)設(shè)法排除。攪拌時不得有摩擦聲，因為摩擦?xí)a(chǎn)生熱效應(yīng)，干擾測量結(jié)果。拔電極時注意不要拔線。第二次實驗注意擦內(nèi)筒；測定樣品萘?xí)r，內(nèi)筒水要更換且需調(diào)溫?！緮?shù)據(jù)處理】(1)原始數(shù)據(jù)記錄：苯甲酸樣品g；燃燒絲g；剩余燃燒絲重g；水C,水的質(zhì)go萘樣品重_g；燃燒絲g；剩余燃燒絲重_g；水溫C,水的質(zhì)量_go另記錄實驗軟

8、件數(shù)據(jù)窗中的實驗數(shù)據(jù)(可以先手機拍照記錄)，再根據(jù)公式計算出奈的燃燒熱。由實驗數(shù)據(jù)分別求出苯甲酸、萘燃燒前后的t始和t終。始終T=T=苯甲酸萘由苯甲酸數(shù)據(jù)求出水當(dāng)量CoQ=1400.8Jg-1；Q=17479Jg-i。鎳鉻絲棉線w(AU)苯甲酸QwQwC二mM卷竺紀(jì)蘭(本實驗中未用棉線)查表知：25C時苯甲酸Q=-3228.0kJ/mol根據(jù)基爾霍夫定律：C“（l）=75.295J.mol-1.K-1C=145.2J.mol-1.K-1pH2Op苯甲酸C=J.mol-1.K-1C=J.mol-1.K-1C=165.3J.mol-1.K-1pO2pCO2p萘對于苯甲酸AC=7X37.129+3X

9、75.295-145.2-15/2X29.359=120.3955J.mol-1.K-1p對于萘C=10X37.129+4X75.295-165.3-12X29.359=154.9J.mol-1.K-1p苯甲酸：AH=AH+JTACdTQ=Q-4nRT=T298.15298pvpwCAT=(AU)苯甲酸QwQwmM絲絲線線C=J/C4求出萘的燃燒熱QV，換算成Qpo對于萘QV=Qp=Qv+-nRT5.將所測萘的燃燒熱值與文獻值比較，求出誤差，分析誤差產(chǎn)生的原因萘的文獻值：AH=AH+JTACdTTT298p相對誤差=【實驗討論】(1)環(huán)境恒溫式量熱計由雷諾曲線求得AT的方法如下圖所示。詳細步驟

10、如下：將樣品燃燒前后歷次觀察的水溫對時間作圖，聯(lián)成FHIDG折線，圖中H相當(dāng)于開始燃燒之點，D為觀察到的最高溫度讀數(shù)點，作相當(dāng)于相當(dāng)于室溫(或HD的1/2)之平行線JI交折線于I，過I點作ab垂線，然后將FH線和GD線外延交ab線A、C兩點，A點與C點所表示的溫度差即為欲求溫度的升高AT。圖中AA為開始燃燒到溫度上升至室溫這一段時間A內(nèi)，由環(huán)境輻射進來和攪拌引進的能量而造成體系溫度的升高必須扣除，CC為溫度由室溫升高到最高點D這一段時間At2內(nèi)，體系向環(huán)境輻射出能量而造成體系溫度的降低，因此需要添加上。由此可見AC兩點的溫差是較客觀地表示了由于樣品燃燒致使量熱計溫度升高的數(shù)值。有時量熱計的絕熱

11、情況良好，熱漏小，而攪拌器功率大，不斷稍微引進能量使得燃燒后的最高點不出現(xiàn)。這種情況下AT仍然可以按照同樣方法校正。實驗中，試樣應(yīng)進行磨細、烘干、干燥器恒重等前處理，潮濕樣品不易燃燒且有誤差。干燥恒重苯甲酸(0.91.2g)和萘(0.60.8g)壓片，注意緊實度：一般硬到表面有較細密的光潔度，棱角無粗粒，使能燃燒又不至于引起爆炸性燃燒殘剩黑糊等狀。壓得太緊，點火后難以燃燒；太松，容易脫落。氧彈要保證充氧完全，否則會影響樣品完全燃燒。坩堝和氧彈每次使用后應(yīng)洗凈擦干?！舅伎碱}】本實驗中，那些為體系？那些為環(huán)境？答：氧彈、內(nèi)筒、水為體系；夾套及其中的水為環(huán)境。水桶中的水溫為什么要選擇比外筒水溫低？低

12、多少合適？為什么？答：為了減少熱損耗，因反應(yīng)后體系放熱會使內(nèi)筒的溫度升高，使體系與環(huán)境的溫度差保持較小程度，體系的熱損耗也就最少。低1度左右合適，因這個質(zhì)量的樣品燃燒后，體系放熱會使內(nèi)筒的溫度升高大概2度左右，這樣反應(yīng)前體系比環(huán)境低1度，反應(yīng)后體系比環(huán)境高1度，使其溫差最小，熱損耗最小。(3)攪拌太慢或太快對實驗結(jié)果有何影響？.答：攪太慢，會使體系的溫度不均勻，體系測出的溫度不準(zhǔn)；攪太快，會使體系與環(huán)境的熱交換增多，也使實驗結(jié)果不準(zhǔn)。數(shù)據(jù)處理示例：比少凰、的al室一B12-cDG4G1*DBf-一/OS-CM-32口DAVFV*-=*AIa2D04CO600EL8DQIQtO11圖町知，點cc

13、近似宜合，msnAT-i.nK由反應(yīng)方程式叮知Aa=7-l5/2=-0.5mul所feZQv=0.AnRT=AR-AnRT=-3226.Xlfl540.5X8.314x-(2Q4273.15)-S.2257XKYT-mul1Q瞞丘=Qv(Ln,rM)+Qe*Tn+Qiwnn曲.=W*ATNlW=(-3.2257x-10hxfl.5fifil22-I.WfiXJ0flx(fl.ftl03-0.0064)/1COO-1.7479X1C7XO.OOK/1QOD).-I.IIK二1,4177X：1JK”2DD-一菲燈燒馬磚團電一11一*rwr.iT75-C.J5I.MC135J1100-y0.75Ji/1q.so-j/:(125hAjKiK02S1.F103r1i*0fitM400ph10t/s咗爆鳩的測宦；如罔知，A岸0C近假重件N弭I対釦2T-I.舶船尺由反極力捏式町知An-IO-2-2mDl川由Qi00噸+Q”5加十Q*簡輕-W*AT由闌W-1.417?X10*WC1節(jié)*、1述計畀Qm-Qv(m/M)+Q腫5腫+Qiw*mm-W也丁Qv-W*AT(Qjrt*JHArf+Qw4-1.4177XI04X1.6393+1.-400SX10fXfft.OOW-OJKMkF)/l