燃燒焓的測定

1、燃燒焓的測定吳大維2006030027 生64 同組實驗者：王若蛟實驗日期：2008年3月7日 提交報告日期：2008年3月21日助教：盧晉1引言1.1實驗?zāi)康?.使用彈式量熱計測定萘的燃燒焓。2 . 了解量熱計的原理和構(gòu)造，掌握其使用方法。3.掌握熱敏電阻測溫的實驗技術(shù)。1.2實驗原理當(dāng)產(chǎn)物的溫度與反應(yīng)物的溫度相同，在反應(yīng)過程中只做體積功而不做其它功時，化學(xué)反應(yīng)吸收或放出的熱量，稱為此過程的熱效應(yīng)，通常亦稱為反應(yīng)熱”。熱化學(xué)中定義：在指定溫度和壓力下，一摩爾物質(zhì)完全燃燒成指定產(chǎn)物的焓變，稱為該物質(zhì)在此溫度下的摩爾燃燒焓，記作kHm。通常，c、H等元素的燃燒產(chǎn)物分別為CO2（g）、出0（1）等

2、。由于上述條件下 H=cp因此/cHm也就是該物質(zhì)燃燒反應(yīng)的等壓熱效應(yīng)Qp。在實際測量中，燃燒反應(yīng)常在恒容條件下進行（如在彈式量熱計中進行），這樣直接測得的是反應(yīng)的恒容熱效應(yīng) Qv （即燃燒反應(yīng)的摩爾燃燒內(nèi)能變AcUm）。若反應(yīng)系統(tǒng)中的氣體物質(zhì)均可視為理想氣體，根據(jù)熱力學(xué)推導(dǎo)，AcHm和AcUm的關(guān)系為：直（1）Qv值，式中，T為反應(yīng)溫度（K）; AcHm為摩爾燃燒焓（J mol-1）; &Um為摩爾燃燒內(nèi)能變（J mol-1） ; VB（g）為 燃燒反應(yīng)方程中各氣體物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)。產(chǎn)物取正值，反應(yīng)物取負(fù)值。通過實驗測得根據(jù)上式就可計算出Qp,即燃燒焓的值 AcHm。7 燃燒皿5排氣孔進氣孔

3、2弾孟電扱（也是進氣管）-嚴(yán)厚壁圓倚3嫌帽電極6測量熱效應(yīng)的儀器稱作量熱計，量熱計的種類很多，一般測量燃燒焓用彈式量熱計。本實驗是用氧彈式量熱計進行萘的燃燒焓的測定，結(jié)構(gòu)如上圖。 精品文檔實驗過程中外水套保持恒溫，內(nèi)水桶與外水套之間以空氣隔熱。同時，還把內(nèi)水桶的外表 面進行了電拋光。這樣，內(nèi)水桶連同其中的氧彈、測溫器件、攪拌器和水便近似構(gòu)成了一個絕熱系統(tǒng)。量熱儀的外桶蓋為提升式。將其向上提到限位高度，順時針旋轉(zhuǎn)約90度，便可停放住。點火電極的上電極觸頭、內(nèi)水桶攪拌器及測溫器件均固定在外桶蓋上，當(dāng)把桶蓋旋轉(zhuǎn)到適當(dāng)位置 降下時，它們便都處于預(yù)定位置。攪拌器的馬達也固定在外桶蓋上，其電源線及點火電極

4、連線 經(jīng)桶蓋內(nèi)部與量熱儀的電控部分連通。氧彈的另一極經(jīng)彈杯、內(nèi)水桶及外水套與電控部分連通。將待測燃燒物質(zhì)裝入氧彈時，充入足夠的氧氣。氧彈放入裝有一定量水的內(nèi)桶中，蓋好外 桶蓋。以電控部分各開關(guān)控制攪拌并實現(xiàn)燃燒點火，用熱敏電阻作為測溫元件，用電子自動平 衡記錄儀連續(xù)記錄內(nèi)桶水溫度的變化。當(dāng)溫度變化不大時，可以認(rèn)為熱敏電阻阻值變化與溫度變化成正比；當(dāng)阻值變化不大時，電橋的不平衡電勢 U與阻值變化成正比。所以 4?T由于U與記錄儀的記錄曲線峰高 ？h成正比，故?T=a?h（2）式中a為比例常數(shù)。設(shè)系統(tǒng)（包括所有內(nèi)水桶中的物質(zhì)）的熱容C為常數(shù)，則當(dāng)某樣品連同輔助物質(zhì)棉線、金屬絲燃燒后，下式成立： .

5、：cUb *mB 二C.：T 二Ca.：h =K.：h（3）Mb式中：lcUb 物質(zhì)B的摩爾燃燒內(nèi)能變，J molmB 物質(zhì)B的質(zhì)量 ，kg-1M b 物質(zhì)B的摩爾質(zhì)量 ，kg molC 系統(tǒng)熱容，也稱能當(dāng)量或水當(dāng)量J KK 儀器常數(shù)，J mm-h 記錄儀記錄曲線峰高，mmK，再燃燒未知物質(zhì)，便可由上式計先燃燒已知燃燒焓的物質(zhì)（如苯甲酸），標(biāo)定儀器常數(shù) 算出摩爾燃燒內(nèi)能變。2實驗操作2.1實驗藥品、儀器型號及測試裝置示意圖實驗儀器：熱敏電阻1支（約2kQ）; 溫度計1支；3000ml裝水盆1個；GR3500型彈式量熱計1套； 大學(xué)化學(xué)實驗計算機接口；2000ml , 1000ml容量瓶各1個;

6、 鑷子1把。壓片機、鎳絲、棉線、萬用表、臺秤、分析天平、剪刀、尺子、氧氣瓶功用。實驗藥品：分析純的苯甲酸和萘。2.2實驗條件實驗溫度：19.5 C2.3實驗操作步驟及方法要點2.3.1樣品準(zhǔn)備在臺秤上稱量約 0.8g苯甲酸，在壓片機上壓成片狀，取出藥片并輕輕去掉黏附在藥品上的粉末，用棉線繞在藥片上， 將鎳絲穿入棉線后在分析天平上準(zhǔn)確稱量。將苯甲酸片上的鎳絲緊拴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I.OMPa的氧氣。充氣后再檢查是否通路與漏氣，然后將氧彈放入內(nèi)水桶內(nèi)。2.3.2 儀器準(zhǔn)備接好線路，先將熱敏電阻放入外水套，后將熱敏電阻放入水盆中，調(diào)節(jié)水溫，使內(nèi)外大約 相差0.6

7、度。準(zhǔn)確稱取水3000ml倒入內(nèi)桶中，蓋好桶蓋。打開量熱儀電源，開動攪拌器，接 下導(dǎo)通實驗開關(guān)。2.3.3 燃燒當(dāng)基線走成直線后接下點火開關(guān)，若在半分鐘之內(nèi)迅速移動表示點火成功。關(guān)掉點火開關(guān)，待升溫結(jié)束后走出直線后停止記錄儀。停止攪拌，取出熱敏電阻放入外水套中，此時記錄筆所指位置為內(nèi)外水套溫度相等處。用電腦軟件進行數(shù)據(jù)處理。切斷量熱儀熱源，取出氧彈，放出 燃燒廢氣。旋開彈蓋，檢查樣品是否燃燒完全，若有黑色物質(zhì)，實驗失敗。若燃燒完全，將剩 余鎳絲取下稱量，倒出內(nèi)水桶水，將氧彈洗凈、擦干。2.3.4測量未知樣品記錄外水套溫度。在臺秤上面稱取約0.6g萘，重復(fù)以上操作。2.3.5 實驗結(jié)束整理儀器，

8、用計算機擬合數(shù)據(jù)線并求出萘的燃燒焓，實驗結(jié)束。2.3.6 實驗注意事項1 稱取樣品不可過量，否則會升溫過高，記錄信號超出量程。2 氧彈充氣后一定要檢查確信其不漏氣，而且要再次檢查兩電極間是否通路。3 將氧彈放入量熱儀前，一定要先檢查點火控制鍵是否位于“關(guān)”的位置。點火結(jié)束后， 即將其關(guān)掉。4 氧彈充氣操作過程中，人應(yīng)站在側(cè)面，以免意外情況下彈蓋或閥門向上沖出發(fā)生危險。3結(jié)果與討論3.1原始實驗數(shù)據(jù)表1實驗原始數(shù)據(jù)記錄被測項目苯甲酸萘棉化質(zhì)量（g）0.00390.0041鎳絲總質(zhì)量（g）0.00830.0081總質(zhì)量（g）0.73640.6269鎳絲剩余質(zhì)量（g）0.00760.0068外水套溫

9、度（C）18.40718.645被測物分子量122.12128.17峰高 h (mV97.5984131.78383.2計算的數(shù)據(jù)、結(jié)果選擇并雙擊物理化學(xué)實驗，選擇并雙擊燃燒焓測定，輸入鎳絲、棉線、剩余鎳絲、總質(zhì)量及標(biāo)準(zhǔn)只樣品和被測樣品的摩爾質(zhì)量，點擊打開選擇并打開文件，交替移動光標(biāo)1和2到點火前一段平穩(wěn)的基線位置，點擊線性擬合 *，交替移動光標(biāo)1和2到完全燃燒后溫度不變的位置 （水平線位置）,點擊線性擬合 2|,交替移動光標(biāo)移動到外套水溫曲線位置，點擊線性擬合3，移動光標(biāo)，將綠色光標(biāo)放在擬和曲線3與升溫曲線的交點上，藍(lán)色光標(biāo)放在升溫曲線上的任何位置， 點擊計算三H ；如果線性擬合交點不理想，

10、點擊刷新衛(wèi)動光標(biāo)重新擬合。確定后，點擊提交， o 峰高值就會顯示出來。兩條曲線都處理完成后，點擊計算處理，就可以得到被測樣品的燃燒焓 值。用計算機計算出萘的燃燒焓為 -5391.1504 KJ/mol接下來用公式（3）及修正公式（1）計算萘的燃燒焓。已知送心cU B巴里=C =CMh = KAh，棉線和鎳絲的燃燒內(nèi)能變?yōu)?16736KJ/Kg和 Mb-3243KJ/Kg，苯甲酸摩爾燃燒焓為 -3231.3KJ/mol1mol苯甲酸完全燃燒反應(yīng)方程式：GH6O2+7.5O2T7CQ2+3H2O即可得出刀v B（g）=-0.5 代入式：A曲二勸仗）得出苯甲酸摩爾燃燒內(nèi)能變?yōu)?3230.1KJ/mo

11、l則（3）等號左邊為-3230.1*1000*（0.7364-0.0039-0.0083）/122.12-16736*0.0039-3243*0.0007J即-19222.6J，求得 K=-196.963J/mV對于被測樣品萘，（3）等號右邊為-25956.5J左邊為 cU*1000*（0.6269-0.0041-0.0081）/128.17-16736*0.0041-3243*0.0013J求得萘的 cU 為-5396.96KJ/mol1mol萘的完全燃燒反應(yīng)方程式：C10H8+12O2T1OCO2+4H2O進而求得萘的摩爾燃燒焓為-5401.92KJ/mol，于計算機結(jié)果基本一致。3.3討

12、論分析3.3.1與標(biāo)準(zhǔn)值對比計算相對誤差萘的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓約為 -5000KJ/mol，計算相對誤差得:1-5000- (-5401.92) |/卜5000|=8.04%10.0%3.3.2誤差分析本次實驗在多個環(huán)節(jié)都引入了可能造成誤差的操作，其中最主要的誤差來自樣品燃燒過程中量熱計本身并不能保證絕熱，只能保證等容。因此，實測的溫度變化值與恒容完全絕熱體系的溫度變化AT存在偏差，必須加以校正。于是我們在實驗中采用雷諾作圖法校正溫度變化值， 將實驗測量的體系溫度與時間數(shù)據(jù)作圖，得曲線CAMB（見下圖）微弱升高，見 CA線段，A點為樣品點火時體系的溫度，點火時，樣品燃燒放出的熱量使體系溫度升高，達

13、到最高點 B,見AB線段，隨后由于體系微弱放熱（此時體系比環(huán)境溫度高），溫度隨時間微弱下降，見線段 BD（。取A、B兩點之間垂直于橫坐標(biāo)的距離的中點0作平行于橫坐標(biāo)的直線交曲線于 M點，通過M點作垂線ab,然后將CA線和DB線外延長交ab線于E和F 兩點。則F點與E點的溫差.即為校正后的溫度升高值 T。本次實驗中量熱計絕熱情況良好， 熱量損失很小，但由于攪拌不斷引進少量能量，使燃燒后最高點不出現(xiàn)，隨時間推移BD接近直線，如圖中右邊一幅所示，這時仍可按相同原理校正。本試驗依靠上圖中的那些線相對位置的差值來測量計算峰值，而且沒有像上面所說的用中點來處理數(shù)據(jù)，而是加入了一條線外水桶溫度的線也就是環(huán)境

14、溫度的線。因為我們認(rèn)為環(huán)境溫度是相對穩(wěn)定的，所以用它作為參考的量將使實驗結(jié)果更加準(zhǔn)確。除了熱交換外，還有很多因素能夠引起誤差：藥品壓片稱量后仍可能在操作中損失很小一部分，而且樣品暴露在空氣中可能受潮；充入的氧氣很難保證絕對純凈，內(nèi)部會有空氣（主要成分為氮氣）存在，在樣品燃燒時氮氣將形成 硝酸；因為實際實驗中無需調(diào)節(jié)水溫，不能保證桶內(nèi)外0.6C的溫差；樣品燃燒完全后將剩余鎳絲取下再次稱量，如果不夠小心，鎳絲可能沾上氧彈上的水，這樣剩余鎳絲質(zhì)量將增大。上述誤差不論出現(xiàn)在用苯甲酸標(biāo)定的環(huán)節(jié)還是出現(xiàn)在樣品萘的測定環(huán)節(jié)，均會使實驗結(jié)果偏大或偏?。ǔ霈F(xiàn)在不同環(huán)節(jié)對結(jié)果大小的影響很可能是相反的）。當(dāng)然，天平

15、和記錄儀器（電腦）本身也存在儀器誤差，但由于儀器引入的不確定度未知，很難由此估算萘燃燒焓的相對誤差。4結(jié)論本次實驗測得萘的燃燒焓為 -5391.1504 KJ/mol5參考文獻清華大學(xué)化學(xué)系物理化學(xué)實驗編寫組，物理化學(xué)實驗，清華大學(xué)出版社，1992。6附錄（思考題）6.1 本實驗中如何考慮系統(tǒng)與環(huán)境？答：本實驗中，把氧彈和內(nèi)水桶看作孤立系統(tǒng)，把外水桶及其外部看作環(huán)境。氧彈和內(nèi)水桶系 統(tǒng)在燃燒過程中理論上絕熱恒容。6.2 如何考慮標(biāo)準(zhǔn)燃燒焓定義中的“標(biāo)準(zhǔn)”？怎樣求得25 度下的標(biāo)準(zhǔn)燃燒焓？答：“標(biāo)準(zhǔn)”指在指定壓強（通常為101kpa ）和指定溫度下，1摩爾標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的熱量。要求25C下的標(biāo)準(zhǔn)燃燒焓有兩種方法。第一種方法在實驗過程中保持實驗溫度為25C，但是由于與環(huán)境溫度有差別，所以誤差可能較大。第二種方法就是通過 H1=x H2+/ Cp*dT,由實驗溫度下計算的萘的燃燒焓，計算出25C時萘的燃燒焓。6.3 使用氧氣時要注意哪些問題？答：先將藥片上的鎳絲緊栓在氧彈的兩根電級上，用萬用表檢查是否通路，旋緊彈蓋，使用氧 氣時，要擰緊蓋子和氣閥， 防止漏氣。 充氣時要先確認(rèn)輸氧口安裝正確， 當(dāng)輸氧口的氣壓達到 1MPa 時，充氧完畢，將輸