燃燒熱的測定

燃燒熱的測定宋予晴/2011030014生14周小玉實驗日期：20130525，提交報告日期：2013053x劉曉惠1引言（簡明的實驗目的/原理）【1】1.1實驗目的：熟悉氧彈式量熱計的原理、構造及使用方法明確恒壓燃燒熱的差別及相互關系掌握溫差測量的實驗原理和技術學會用雷諾圖解法校正溫度改變值1.2實驗原理：在指定溫度及一定壓力下，1mol物質完全燃燒時的定壓反應熱，稱為該物質的在此溫度下的摩爾燃燒熱，記作ΔcHm。由于?H=實際測量中，燃燒反應在恒容條件下進行，這樣直接測得的是恒容熱效應QV。若反應系統(tǒng)中的氣體均為理想氣體，根據熱力學推導QP和Q式中：T為反應溫度，K；?n為反應前后產物與反應物中氣體的物質的量之差；R測量熱效應的儀器稱作量熱計。一般測量燃燒熱用氧彈式量熱計。彈式量熱計的基本原理是能量守恒定律。樣品完全燃燒所釋放的能量使得氧彈本身及周圍的介質和量熱計有關附件的溫度升高。測量介質在燃燒前后的變化值，就可求算該樣品的恒容燃燒熱。m式中：m為待測物的質量，kg；Mr為待測物的摩爾質量，kg?mol-1；K為儀器常數，kJ?℃-1；ΔT為樣品燃燒前后量熱計溫度的變化值；Qv棉線，Qv鎳絲分別為棉線和鎳絲的恒容燃燒熱（-16736kJ?先燃燒一直燃燒熱的物質（苯甲酸），標定儀器常數K，再燃燒未知物質，便可由上式計算出為植物的恒容摩爾燃燒熱。2實驗操作2.1實驗藥品、儀器型號及測試裝置示意圖氧彈式量熱計一套：2000mL容量瓶1個、1000mL容量瓶1個、水盆1個（容量大于3000mL）、壓片機，鎳絲，棉線，萬用表，分析天平，剪刀，氧氣瓶及減壓閥公用。萘（AR），苯甲酸（AR）。實驗裝置圖：2.2實驗條件（實驗溫度、濕度、壓力等）室溫（23.5℃）、大氣壓（101.10kPa）、濕度（60.5%）2.3實驗操作步驟及方法要點儀器常數的測定樣品準備。取10cm棉線和8cm鎳絲各一根，分別在分析天平上準確稱量。在臺稱上稱量0.8g左右的苯甲酸，在壓片機上壓成片狀，取出藥片并輕輕去掉黏附在表面的粉末，用稱量過的棉線捆綁在藥片上，固定好。將鎳絲穿入棉線，在分析天平上準確稱量。將苯甲酸片上的鎳絲固定在氧彈的兩根電極上，用萬用表檢查是否通路，旋緊彈蓋，通入1.0MPa氧氣，然后將氧彈放入內水桶，接上導火電極。儀器準備。打開量熱計電源，開動攪拌，將溫度傳感器置于外水套中，觀察溫度顯示，待溫度穩(wěn)定后，記下溫度。用水盆接取自來水（大于3000mL），將溫度傳感器放入水中，不斷攪動，通過加入涼水、熱水調節(jié)水溫，使溫度低于外水套溫度0.7℃左右。準確量取3000mL，倒入內桶。燃燒測量。蓋上桶蓋，將溫度傳感器插入內桶，開動攪拌。待溫度穩(wěn)定后，記錄體系溫度隨時間的變化情況。單擊計算機界面中開始。觀察溫度顯示，當溫度沒有變化，走過一段平穩(wěn)的基線后(300s左右)，按下點火鍵，如果點火成功，過半分鐘左右溫度應升高。溫度不再升高后，繼續(xù)記錄一段水平線（300s左右），再將溫度傳感器放入外水套中，直到溫度沒有變化（300s左右），單擊完成，并命名存盤。停止攪拌，取出氧彈，放出燃燒廢氣，打開蓋子，觀察燃燒是否完全，取出剩余鎳絲準確稱量。取出并擦凈氧彈，小心取下攪拌放好，將內水套桶中的水倒入水盆中，擦凈水桶。未知物測量。取0.6g左右的萘，同上述方法操作。3結果與討論3.1原始實驗數據苯甲酸燃燒過程圖電壓U電壓U/mV時間t/s萘燃燒過程圖電壓U電壓U/mV時間t/sm鎳絲/gm棉線/gm苯甲酸/萘/gm總/gm鎳絲剩余/g苯甲酸0.01950.00770.81610.81130.0149萘0.01890.01010.65990.68120.01693.2計算的數據、結果用雷諾圖解法求算校正后的電壓差：對于苯甲酸的電壓變化曲線，在反應前后的穩(wěn)定期找到兩段電壓平穩(wěn)的時期，對期間的電壓線性擬合得到直線U1=740.578+0.0015t；U2=860.75+0.0041t。再通過最后測得的外水套溫度曲線求得外水套平均電壓為U=784.83mV，查找數據得到電壓上升過程中t=350.5s時電壓值也為U，故可以計算出350.5s時擬合直線間的電壓差ΔU1=121.0913mV。用同樣的方法可以求萘燃燒前后的電壓變化。擬合直線為U1=748.102+0.0025t；U2=890.5+0.015t。外水套平均電壓為U=815.8mV，查找數據得到電壓上升過程中t=483s時電壓值也為U，故可以計算出483s時擬合直線間的電壓差ΔU2=148.4258mV。儀器常數計算查表得到苯甲酸的在T=298.15K時定壓熱效應為QV1=-3226.0kJ?mol-1，又1mol苯甲酸完全燃燒?萘的燃燒焓的計算由計算出的儀器常數得萘的定容熱效應QV2=-4987.03kJ?mol-1，1mol萘完全燃燒?n=-2mol，由（1）可以算出3.3討論分析查表可以得到萘的燃燒焓的文獻值為ΔcHm=產生誤差的可能原因有：攪拌不充分，使得溫度計測得溫度與實際有一定偏差，且溫度測量有一定的延滯性，而且因為實驗的進行，環(huán)境溫度也會升高，做實驗時就很明顯的有溫度自然升高的現象。進行數據擬合時，由于是根據目測取點，故準確性不是太高。燃燒有可能不充分。4結論測得萘的摩爾燃燒熱為ΔcHm5參考文獻【1】賀德華，麻英，張連慶.基礎物理化學實驗[M].北京：高等教育出版社，2008.6附錄（計算的例子、思考題等）本實驗中如何考慮系統(tǒng)與環(huán)境？系統(tǒng)與環(huán)境通過哪些途徑進行熱交換？這些熱交換結果影響怎樣？如何校正？本實驗中，將氧彈和整個內水桶作為系統(tǒng)，外水套和外部的其他裝置作為環(huán)境來考慮。考慮理想的情況，即此系統(tǒng)為絕熱系統(tǒng)，與外界無熱交換。但實際實驗中，系統(tǒng)不可能完全絕熱，外水套水溫隨著實驗的進行而不斷地緩慢升高。熱交換的途徑有熱傳導和空氣的對流兩方面。由于有一部分熱量損失，系統(tǒng)最終測得的溫度低于理想狀態(tài)，而外水套溫度會略高，使得?T使用氧氣應注意哪些問題？遠離明火，充氣時固定好接口、抓緊充氣閥；放氣時應緩慢放氣，出氣口不要對著人。攪拌過快或過慢有何影響？過快可能由于摩擦產生過多的熱量，影響結果，過慢則可能造成溫度分布不均勻，增大實驗誤差。氧彈中含有氮氣，燃燒后生成HNO3。對