物化實(shí)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C CO2（g）， H2 H2O（ l ），

2、 S SO2（ 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 c Hm 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c Um）。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QpQVnRT（ 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。.下載可編輯 .測(cè)量熱效應(yīng)的儀器稱作量熱計(jì)。量熱計(jì)的種類很多。一般測(cè)量燃燒熱用彈式量熱計(jì)。本

3、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)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。彈式量熱計(jì)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(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.下載可編輯 .的恒容燃燒熱。m QV K ? T QV 棉線 ? m棉線 QV 點(diǎn)火絲 ? m點(diǎn)火絲（ 2）M r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，kg ·mol-1；K儀

4、器常數(shù)， kJ · 1；T 樣品燃燒前后量熱計(jì)溫度的變化值；Q， QV 點(diǎn)火絲分別V 棉線為棉線和點(diǎn)火絲的恒容燃燒熱（ 16736 和 3243kJ ·kg） m棉線 ， m點(diǎn)火絲 分別為棉線和點(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 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

5、絲、棉線、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2-2-1 及圖 2-2-3 ）.下載可編輯 .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)度鎳絲和棉線各一根, 分別在分析天平上準(zhǔn)確2、 棉線要綁牢樣片，否則操稱量。作過(guò)程中容易脫落。在臺(tái)秤上稱量 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粘附在藥

6、片上的粉末，用稱好的棉件及點(diǎn)火絲，不要使電極線捆綁在藥片上，固定好。將鎳絲穿入棉線，在分析天平上兩端短路，保證電流通過(guò)準(zhǔn)確稱量。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，通站在側(cè)面，一只手要始終入 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)備況下彈蓋或閥門向上沖打開量熱計(jì)電源，開動(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，記下溫度。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)

7、好后應(yīng)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 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)棉線和鎳絲的量取不能過(guò)少也不能過(guò)多，應(yīng)當(dāng)適量.下載可編輯 .燃燒測(cè)量蓋上桶蓋，將溫度傳感器插入內(nèi)桶，開動(dòng)攪拌。打開計(jì)算機(jī)選擇數(shù)據(jù)采集， 單擊計(jì)算機(jī)界面中開始。觀察溫度顯示，當(dāng)溫度沒(méi)有變化，走過(guò)一段平穩(wěn)的基線后 ( 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，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（溫度曲線為水平狀） ，單擊完成，并命名存盤。停止攪拌

8、，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(zhǔn)確稱量（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.下載可編輯 .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、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，選擇并打開文件，交替移動(dòng)光標(biāo)1 和 2到點(diǎn)火前一段平穩(wěn)的基線位置，點(diǎn)擊線性擬合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（水平線位置），點(diǎn)擊線性擬合2，交替移動(dòng)光標(biāo)移

9、動(dòng)到外套水溫曲線位置，點(diǎn)擊線性擬合3，移動(dòng)光標(biāo)，將綠色光標(biāo)放在擬和曲線與升溫曲線的交點(diǎn)上，藍(lán)色光標(biāo)放在升溫曲線上的任何位置，點(diǎn)擊計(jì)算H；如果線性擬合交點(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， 需在升溫曲線上找出與外水套溫度相等的點(diǎn)，過(guò)此點(diǎn)作垂線與曲線的兩條始末階段直線的外延線相交于兩點(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0.0250g棉

10、線0.0129g棉線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 外桶溫度21.847 M1122.12M2128.17曲線峰高134.6237曲線峰高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）棉線燃燒內(nèi)能變-16736kJkg 1鎳絲燃燒內(nèi)能變-3243kJkg 1苯甲酸燃燒內(nèi)能變-26487kJkg 1苯甲酸在 298.2K時(shí)的燃燒熱 1Q 3226.9 kJ·molp.下載可編輯 .3.2利用公式計(jì)算的數(shù)據(jù)、結(jié)果3.2.1用 o

11、rigin軟件擬合如下圖圖 1 苯甲酸電勢(shì)隨時(shí)間變化圖圖 2 萘的電勢(shì)隨時(shí)間變化圖由圖 1 和圖 2 可以看出：.下載可編輯 .苯甲酸曲線峰高132.61mV，萘曲線峰高152.60mV。3.2.2計(jì)算數(shù)據(jù)（1）先由苯甲酸曲線峰高計(jì)算儀器常數(shù)K，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)帶入公式：m QVK ?TQV 棉線 ? m棉線QV 點(diǎn)火絲 ? m點(diǎn)火絲M r知道以下數(shù)據(jù)：苯甲酸總質(zhì)量m=0.8365g ，Mr=122.12g ，QP=-3226.9kJ/mol，m棉線 = 0.0129g ，m鎳絲（燃燒部分） =0.0076g ；由公式： QpQVnRT且化學(xué)反應(yīng)式：C6 H 5COOH (固)15 O2(氣)7CO

12、2 (氣)3H 2O(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 = 0.0092g,m鎳絲（燃燒部分） =0.0028g ；得到 QV=-5206.6kJ 。反應(yīng)方程式為：C 10 H 8 (s) + 12 O2 (g) = 10 CO2 (g) + 4 H2 O(l)，n2molQpQVnRT =-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/

13、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.下載可編輯 .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)間太久而又引起溫差等等。（ 3）數(shù)據(jù)擬合：此實(shí)驗(yàn)中選取線段擬合非常的關(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€段擬合非常關(guān)鍵。

14、（ 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 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左右，溫度調(diào)節(jié)的比較準(zhǔn)確是這次實(shí)驗(yàn)比較成功的主要原因。另一個(gè)重要因素是棉線的選取。棉線的引入是造成誤差的重要因素，因此應(yīng)該選取少量棉線，以滿足固定藥片的要求即可，質(zhì)量過(guò)大的棉線和鎳絲則在反應(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

15、了溫度對(duì)恒溫?zé)崛莸挠绊憽?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%以內(nèi)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果還是比較令人滿意的。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 44 45.2 清華大學(xué)化學(xué)系物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)編寫組. 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，199243 47.6 附錄.下載可編輯 .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：避免明火 , 充氣時(shí)