燃燒熱的測定

內(nèi)容提要：本實驗利用氧彈式熱量計，以苯甲酸為標準物，測量物質(zhì)燃燒時系統(tǒng)溫度隨時間的變化曲線，經(jīng)過雷諾校正和相關(guān)計算，得到16.3℃，102.20kPa下，熱量計的水當量為 ，進而得到蔗糖的燃燒熱為，與文獻值比較誤差為-0.6%。對實驗的討論給出了可能引起誤差的原因，并說明了雷諾校正的原理及意義。1引言（略）2實瞼部分儀器和藥品GR3500n型氧彈式熱量計，氧氣鋼瓶，壓片機，SWC-nD型溫差測量儀，RF-K1型控制箱，數(shù)字萬用表，秒表，分析天平（萬分之一），電子天平（百分之一），研缽，容量瓶（1000mL，2000mL）。練絲，棉線，苯甲酸（分析純），蔗糖（分析純）。實瞼步驟小當量的測量取一段練絲，稱量其質(zhì)量m1，緊纏于氧彈兩電極上。取一段棉線，稱量其質(zhì)量m2。稱取為1.0g研磨過的苯甲酸，用專用壓片機壓片。用棉線綁住壓片，稱量總質(zhì)量m3后置于燃燒皿中，棉線兩端纏繞在練絲上。旋緊氧彈蓋，充入約1MPa氧氣，隨即放氣。重復(fù)三次，最后充入1.0MPa氧氣。用數(shù)字萬用表測得兩電極間的電阻為12~15。，符合要求。將氧彈放入熱量器中。從實驗室中的水箱內(nèi)取3000.0mL水加入熱量器內(nèi)筒，關(guān)上熱量器蓋，插入溫差測word格式整理版量儀探頭，啟動控制箱開始攪拌。待水溫穩(wěn)定上升后，將溫差測量儀采零，開始計時，每隔30s記錄一次溫差。10min后點火，每15s記錄一次溫差。待溫差基本保持不變后停止計時。停止攪拌，取出溫差測量儀探頭，打開蓋子，取出氧彈，泄去廢氣，打開氧彈，取出剩余練絲并稱量其質(zhì)量m4。蔗糖燃燒熱的測量擦干氧彈內(nèi)外壁和熱量器內(nèi)筒，清理燃燒皿中的殘渣。用2.2.1所述方法測量蔗糖的溫差-時間變化曲線，進而計算燃燒熱。3數(shù)據(jù)處理實驗數(shù)據(jù)實驗過程中的溫度和大氣壓見封面。兩種物質(zhì)的各質(zhì)量測定數(shù)據(jù)見表1。表1質(zhì)量測定數(shù)據(jù)初蛤縹絲質(zhì)量樣品1nl/g粗矣緋絲質(zhì)量 燃燒繪絲質(zhì)量 棉線質(zhì)量 樣品及棉線總笊量 樣品質(zhì)量m/g m=m-m./g m./g m,/g G=m--m./g苯甲酸0.01614 014 2 3 3 20.0051 0.0110 0.0241 1.1288 1.1047蔗糖0.01550.0209燃燒結(jié)束后取出氧彈，燃燒皿內(nèi)壁和剩余銀絲上附著有黑色光亮小球，與剩余銀絲一同稱量得此數(shù)據(jù)，相關(guān)處理和討論見3.4、燃燒結(jié)束后取出氧彈，燃燒皿內(nèi)壁和剩余銀絲上附著有黑色光亮小球，與剩余銀絲一同稱量得此數(shù)據(jù)，相關(guān)處理和討論見3.4、4.3。范文范例學(xué)習(xí)指導(dǎo)分析天平的精度為0.0001g,即 ，則 。兩種物質(zhì)燃燒前后的溫差-時間數(shù)據(jù)見表2、表3。

word格式整理版表2苯甲酸溫差-時間數(shù)據(jù)時間t/s溫差T/K時間t/s溫差T/K時間t/s溫差T/K00.0006150.0389302.046300.0026300.1709452.056600.0026450.4049602.064900.0036600.7039902.0781200.0036750.94910202.0901500.0056901.20410502.1021800.0067051.41410802.1092100.0077201.55811102.1122400.0077351.66311402.1142700.0087501.74511702.1183000.0097651.79512002.1243300.0107801.84412302.1263600.0107951.87912602.1273900.0128101.90912902.1294200.0138251.93813202.1294500.0148401.95913502.1304800.0158551.97913802.1305100.0168701.99614102.1305400.0168852.01314402.131范文范例學(xué)習(xí)指導(dǎo)

word格式整理版5700.0189002.02414702.131600*0.0189152.03615002.131表3篇溫差-時間數(shù)據(jù)時間t/s溫差T/K時間t/s溫差T/K時間t/s溫差T/K00.0016150.0399601.226300.0076300.2029901.234600.0116450.44310201.240900.0146600.63310501.2461200.0176750.75810801.2501500.0206900.87311101.2521800.0217050.94911401.2542100.0227201.00111701.2572400.0237351.03912001.2602700.0247501.07412301.2613000.0267651.09012601.2613300.0277801.11012901.2633600.0277951.12813201.2633900.0278101.14613501.2644200.0288251.15913801.2654500.0298401.17114101.265*點火。范文范例學(xué)習(xí)指導(dǎo)word格式整理版4800.0318551.17914401.2645100.0318701.18814701.2655400.0318851.19715001.2645700.0319001.204600點火。點火。范文范例學(xué)習(xí)指導(dǎo)0.0329301.217雷諾校正苯甲酸根據(jù)點火時間和溫差變化情況選取燃燒前和燃燒后的兩個平臺區(qū)時間范圍為0~600s和1080s?1500s，分別做線性擬合，回歸方程為：利用Origin9.0的Integrate功能直接對T-t曲線從ti=600s積分到tf=1080s，其結(jié)果為 。根據(jù)普隼校正的原理，應(yīng)當找到時間t0（匕＜匕＜三），使得：上式化簡為：其中k.、kf、b.、bf分別為兩回歸方程的斜率和截距。此式為t0的一元二次方程，其可行解為：word格式整理版代入兩回歸方程，可得燃燒前后的校正溫度分別為：由此求得燃燒前后的溫度差為：標準差分別為：苯甲酸的T-t曲線和雷諾校正線見圖1。t(s)圖1羊甲酸的T-t曲線和曾洋校正線3.2.2蔗糖范文范例學(xué)習(xí)指導(dǎo)word格式整理版蔗糖數(shù)據(jù)的雷諾校正與3.2.1所述相似，校正過程中的重要參數(shù)見表4、表5，T-t曲線和雷諾校正線見圖2。需要特別說明的是蔗糖燃燒前平臺期時間范圍的選取實驗過程中由于操作不慎，第一次測量蔗糖的T-t曲線失敗。因時間合乙，未能等到氧彈冷卻至室溫就重新架好裝置開始實驗，故開始的溫差數(shù)據(jù)變化較快，是溫度較高的氧彈與熱量器內(nèi)筒中處于室溫下的水的平衡過程。依雷諾校正時，燃燒前平臺期的選取除掉了這一部分數(shù)據(jù)。表4蔗糖的平臺期回歸方程參教TOC\o"1-5"\h\z選取平臺期時間聲第 斜率k 截距b r2燃燒前150s?600s (2.7 0.1) 10-5 0.0168 0.0006 0.96燃燒后 1080s?1500s (3.3 0.4) 10-5 1.217 0.006 0.80表5積分及校正結(jié)臬積分下積分上積分S t0/s T./K Tf/K /K限t./s限tf/s 11.2350.00600 1080 491.655687.880.03540.0009 1.200范文范例學(xué)習(xí)指導(dǎo)

word格式整理版熱量器水當量的計算苯甲酸完全燃燒的化學(xué)方程式為：則 CCC。已知苯甲酸分子的摩爾質(zhì)量 ，恒壓燃燒熱[1]則可計算恒容燃燒熱練絲的恒容燃燒熱鎳-3243，棉線的恒容燃燒熱棉-16736 ，⑵16.3℃下水的密度為0.9988957 ，20℃下水的比熱為4.1818 ，⑶則儀器的量熱器常數(shù)范文范例學(xué)習(xí)指導(dǎo)word格式整理版練棉水 水棉 水蔗糖燃燒熱的計算蔗糖的恒容燃燒熱水 ―練棉中已提及，實驗過程中發(fā)現(xiàn)，鎳絲燃燒后產(chǎn)生黑色光亮小球，與剩余練絲一同稱量，總質(zhì)量大于燃燒前緣絲的質(zhì)量。據(jù)此推測黑色光亮小球可能是鎳燃燒生成的氧化物，主要為近0。數(shù)據(jù)不足，難以估算實際上發(fā)生了反應(yīng)的蛛絲質(zhì)量，但注意到剩余練絲是纏繞在電極柱、被螺絲壓住的一小段，可以用測定苯甲酸過程中剩余練絲的質(zhì)量估測測定蔗糖過程中剩余練絲的質(zhì)量，由此估計m0=0.0155-0.0051g=0.0104g。^水 得棉 ——水 —水蔗糖完全燃燒的反應(yīng)方程式為則W，恒壓燃燒熱范文范例學(xué)習(xí)指導(dǎo)word格式整理版4討論與結(jié)論蔗糖燃燒熱實驗值與文獻值的比較蔗糖在100kPa，298.15K時的燃燒熱為-16.48 ，［4嚅將其校正到實驗條件下。蔗糖分子的摩爾質(zhì)量 ，25℃時 ，， ， ，［5］則KKirchhoff定隹：實驗測得蔗糖在16.3℃，102.20kPa下的燃燒熱為-16.4，相對文獻位（校正后）的誤差為實驗結(jié)果基本符合文獻位。雷諾校正的原理和影響曾隼校正可以消除非燃燒引起的熱量變化誤差。根據(jù)牛頓冷卻定隹［6］，當系統(tǒng)的溫度略高于環(huán)境時（溫度差10?15℃），系統(tǒng)向環(huán)境中的散熱速率與溫度差成正比：其中K是常數(shù)，T和分別為系統(tǒng)和環(huán)境的溫度。對上式積分，可得燃燒過程中，系統(tǒng)與環(huán)境交換的熱量范文范例學(xué)習(xí)指導(dǎo)word格式整理版如果能找到一個時刻t0，假想實際燃燒開始時刻ti到t0過程中，系統(tǒng)與環(huán)境保持溫度相等，在t0時刻瞬間完成燃燒放出熱量使體系溫度從T,升高到Tf，并在t0到實際燃燒完成時刻tf內(nèi)仍與系統(tǒng)保持溫度相等，即可使q=0，消除系統(tǒng)與環(huán)境之間熱交換引起的誤差。此即 = ，對應(yīng)圖1、圖2的兩部分陰影面積。雷諾校正在尋找T.和Tf的過程中，對系統(tǒng)溫度變化的估計采用了線性擬合，市實際情況下系統(tǒng)溫度的變化不一定是線性的，這是雷諾校正不一定絕對有效的原因。對本實驗所得數(shù)據(jù)而言，雷諾校正有效的減小了誤差。本實驗中，如果不對數(shù)據(jù)做雷諾校正，則苯甲酸燃燒前后的 ，蔗糖燃燒前后的 ，由此計算得到的熱量器水當量 ，蔗糖的燃燒熱 ，相對文獻值的誤差為4.4%，遠大于經(jīng)雷諾校正后得到的結(jié)果。實驗誤差來源熱量器與環(huán)境的熱交換熱量器雖然有諸多絕熱措施，但仍與環(huán)境有一定的熱交換，其中部分可通過雷諾校正加以消除。熱量黑內(nèi)筒中的水量容量瓶因掛壁導(dǎo)致定容不準確，用容量瓶向內(nèi)筒中加水時有水濺出。但考慮到水的總量很大，這樣的小誤差可以忽略。物質(zhì)質(zhì)量的稱量苯甲酸和蔗糖壓片在稱量之后的操作中有掉渣的現(xiàn)象，實際發(fā)生燃燒的質(zhì)量可能低于稱量值。考慮到在W和Qp的計算式中，苯甲酸和蔗糖的質(zhì)量都在分母上，較小的變動就會引起相當大的誤差，因此保證苯甲酸和蔗糖壓片的完整性對實驗結(jié)果的準確度非常重要。范文范例學(xué)習(xí)指導(dǎo)word格式整理版棉線和鎳絲雖然質(zhì)量很小，但其燃燒放熱不可忽略，具體數(shù)據(jù)見表6。在蔗糖的燃燒實驗中，燃燒后剩余的蛛絲因有氧化物附著而難以準確測定質(zhì)量，其誤差可能對結(jié)果有一定的影響。表6幫線和蛛絲燃燒放熱的影響*羊。陵蔗糖總?cè)紵裏?J2965817282綠絲燃燒放熱/J35.6733.73比例0.1%0.2%棉為燃燒放熱/J403.3282.8比例1.4%1.6%物質(zhì)的不完全燃燒實驗中觀察到燃燒后，燃燒皿及氧彈內(nèi)壁有黑色粉末，其成分可能包含鎳的氧化物及兩種有機物、棉線不完全燃燒生成的炭黑。結(jié)論本實驗利用氧彈式熱量計，以苯甲酸為標準物，測量物質(zhì)燃燒時系統(tǒng)溫度隨時間的變化曲線，經(jīng)過雷諾校正和相關(guān)計算，得到16.3℃，102.20kPa下，熱量計的水當量為 ，進而得到蔗糖的燃燒熱為 ，與文獻值比較誤差為-0.6%。主要誤差夾嫄有熱量器與環(huán)境的熱交換、熱量器內(nèi)筒的水量及各種物質(zhì)*本表中的數(shù)據(jù)是估計值，只用來大致比較棉線和鎳絲燃燒放熱的影響。其中蔗糖燃燒中鎂絲實際燃燒的質(zhì)量按3.4中敘述到的處理。范文范例學(xué)習(xí)指導(dǎo)word格式整理版質(zhì)的測定誤差。其中，熱器與環(huán)境的熱交換經(jīng)率校正得到很好的補償。實驗.值與文獻值的吻合及較好的密說明用氧彈式熱器測物質(zhì)燃燒熱的可性。5致謝感謝大實驗助教師的講解和指導(dǎo)，感謝同組同學(xué)的幫助和合作。參考文獻[1]北京大學(xué)化學(xué)學(xué)院物理化學(xué)實驗教學(xué)組，物理化學(xué)實驗（第四版）2002,北京大學(xué)出版社，33.[2]北京大學(xué)化學(xué)學(xué)