燃燒熱的測定實驗報告

1、浙江萬里學院生物與環(huán)境學院化學工程實驗技術實驗報告實驗名稱：燃燒熱的測定姓名成績班級學號2012013398同組姓名實驗日期2015年6月19日指導教師簽字批改日期年 月日一、實驗預習（30分）1. 實驗裝置預習（10分）年月日指導教師（簽字）成績 2. 實驗仿真預習（10分）年月日指導教師（簽字）成績 3. 預習報告（10分）指導教師（簽字）成績 （1）實驗目的1用氧彈量熱計測定蔗糖的燃燒熱。2 .掌握恒壓燃燒熱與恒容燃燒熱的概念及兩者關系。3.了解氧彈量熱計的主要結(jié)構(gòu)功能與作用；掌握氧彈量熱計的實驗操作技術。4學會用雷諾圖解法校正溫度變化。（2）實驗原理標準燃燒熱的定義是：在溫度T、參加反

2、應各物質(zhì)均處標準態(tài)下，一摩爾 B相的物質(zhì)B在純氧中完全燃燒時所放出的熱量。所謂完全燃燒，即組成反應物的各元素，在經(jīng)過燃燒反應后，必須呈顯本元素的最高化合價。如C經(jīng)燃燒反應后，變成 CO不能認為是完全燃燒。只有在變成 CO2時，方可認為是完全燃燒。同時還必須指出，反應物和生成物在指定的溫度下 都屬于標準態(tài)。如苯甲酸在 298.15K時的燃燒反應過程為：15C6H5COOH （固）150（氣）7CO2（氣）3H2O （液）2由熱力學第一定律，恒容過程的熱效應Qv,即卩AU。恒壓過程的熱效應 Qp，即AH它們之間的相互關系如下：QP QV nRT（1）或 HU nRT（2）其中為反前后氣態(tài)物質(zhì)的物質(zhì)

3、的量之差。R為氣體常數(shù)。T為反應的絕對溫度。本實驗通過測定蔗糖完全燃燒時的恒容燃燒熱，然后再計算出蔗糖的恒壓燃燒在計算蔗糖的恒壓燃燒熱時，應注意其數(shù)值的大小與實驗的溫度有關，其關系式為：H（T ） PrCP（3）式中的rCP是反應前后的恒壓熱容之差，它是溫度的函數(shù)。一般說來，反應的熱效應隨溫度的變化不是很大，在較小的溫度范圍內(nèi)，我們可以認為它是一常數(shù)。熱量是一個很難測定的物理量，熱量的傳遞往往表現(xiàn)為溫度的改變。而溫度卻很容易測量。如果有一種儀器，已知它每升高一度所需的熱量，那么，我們就可在這種儀器中進行燃 燒反應，只要觀察到所升高的溫度就可知燃燒放出的熱量。根據(jù)這一熱量我們便可求出物質(zhì) 的燃燒

4、熱。在實驗中我們所用的恒溫氧彈量熱計就是這樣一種儀器。為了測得恒容燃燒熱， 我們將反應置于一個恒容的氧彈中，為了燃燒完全，在氧彈內(nèi)充入2MPa左右大氣壓的純氧。這一裝置的構(gòu)造將在下面做詳細介紹。為了確定氧彈量熱計每升高一度所需要的熱量，也就是量熱計的熱容，可用通電加熱法 或標準物質(zhì)法標定。本實驗用標準物質(zhì)法來測量氧彈量熱計的熱容即確定儀器的水當量。這 里所說的標準物質(zhì)為苯甲酸，其恒容燃燒時所放出的熱量為26460 J g-1。實驗中將苯甲酸壓片后準確稱量與該數(shù)值的乘積即為所用苯甲酸完全燃燒放出的熱量；點火用的Cu-Ni合金絲燃燒時放出的熱量；實驗所用02氣中帶有的N2氣燃燒生成氮氧化物溶于水所

5、放出的熱量，其總和一并傳給氧彈量熱計使其溫度升高。根據(jù)能量守恒原理，物質(zhì)燃燒放出的熱量全部被氧彈 及周圍的介質(zhì)（本實驗為 2000毫升水）等所吸收，得到溫度的變化為 AT,所以氧彈量熱計 的熱容為：Q mQ 2.915.98VTT式中：m為苯甲酸的質(zhì)量（準確到1X10-5克）l為燃燒掉的鐵絲的長度（cm）2.9為每厘米鐵絲燃燒放出的熱量單位（Jem-1）V為滴定燃燒后氧彈內(nèi)的洗滌液所用的0.1mol L-3的NaOH溶液的體積5.98為消耗1mL 0.1mol L-3的NaOH所相當?shù)臒崃浚▎挝粸?J）。2000mL水）熱容,由于此項結(jié)果對 Qv的影響甚微，所以常省去不做。確定了儀器（含我們便

6、可根據(jù)公式（4）求出欲測物質(zhì)的恒容燃燒熱Qv,即:5 T 2.9l5.98V 一（5）QV （待測物）M待測物質(zhì)的摩爾質(zhì)量 （5） m待測物質(zhì)的質(zhì)量然后根據(jù)公式（1）求得該物質(zhì)的恒壓燃燒熱Qp,即AH。四、用雷諾作圖法校正ATT。而用雷諾盡管在儀器上進行了各種改進，但在實驗過程中仍不可避免環(huán)境與體系間的熱量傳遞。這種傳遞使得我們不能準確地由溫差測定儀上讀出由于燃燒反應所引起的溫升作圖法進行溫度校正，能較好地解決這一問題。將燃燒前后所觀察到的水溫對時間作圖，可聯(lián)成FHIDG折線。圖1中H相當于開始燃燒之點。D為觀察到的最高溫度。在溫度為室溫處作平行于時間軸的 JI線。它交折線 FHIDG于I點。

7、過I點作垂直于時間軸的 ab線。然后將 FH線外延交ab線于A點。將GD線外延，交ab線于C點。貝U AC兩點間的距離即為 AT。 圖中AA '為開始燃燒到溫度升至室溫這一段時間Ati內(nèi)，由環(huán)境輻射進來以及攪拌所引進的能量而造成量熱計的溫度升高。它應予以扣除之。CC為溫度由室溫升高到最高點D這一段時間A2內(nèi)，量熱計向環(huán)境輻射而造成本身溫度的降低。它應予以補償之。因此AC可較客觀的反應出由于燃燒反應所引起量熱計的溫升。在某些情況下，量熱計的絕熱性能良好，熱漏很小，而攪拌器的功率較大，不斷引進能量使得曲線不出現(xiàn)極高溫度點，如圖2，校正方法相似。必須注意，應用這種作圖法進行校正時，氧彈量熱計

8、的溫度與外界環(huán)境的溫度不宜 相差太大(最好不超過2-3C)，否則會引入大的誤差。(3) 實驗裝置與流程：將燃燒熱實驗的主要設備、儀器和儀表等按編號順序添入圖下面相應位置:1 jb4.內(nèi)筒底座1. 氧彈 2. 測溫探頭 3. 內(nèi)筒5. 外筒6. 攪拌裝置1. 氧彈體 2. 氧彈蓋 3. 螺帽 4.進氣孑L 5. 排氣孔6. 氧彈頭7.燃燒杯 8.電極 9.遮板10. 卡套（4）簡述實驗所需測定參數(shù)及其測定方法:1 .量熱計水當量的測定（求c卡）（1）樣品壓片：壓片前先檢查壓片機鋼模是否干凈，否則應用酒精棉球進行清洗，并使其 干燥。用臺秤稱0.8-1.0g苯甲酸，倒入壓片機內(nèi)，用壓片機螺桿徐徐旋緊

9、，用力使樣品壓牢， 抽去模底的托板后，繼續(xù)向下壓，用干凈濾紙接住樣品，彈去周圍的粉末，將樣品置于稱量 瓶中，在電子天平上用減量法準確稱量后供燃燒使用。（2）裝置氧彈：擰開氧彈蓋，將氧彈內(nèi)壁擦干凈，特別是電極下端的不銹鋼接線柱更應擦干凈。在氧彈中加10毫升蒸餾水。把盛有苯甲酸的坩堝放在坩堝架上，將已準確稱量好的15cm長鎳絲中段彎成螺旋狀，兩端小心地綁牢于氧彈中兩根電極3（見圖4氧彈剖面圖）,中段和苯甲酸片接觸（鎳絲勿接觸坩堝），旋緊氧彈蓋；用萬用電表檢查兩電極是否通路。若通路，即可 充氧氣。連接氧氣鋼瓶和氧氣表，并將氧氣表頭的導管與氧彈的進氣管接通，此時減壓閥門2應逆時針旋松（即關緊），打開氧

10、氣鋼瓶上端氧氣出口閥門1 （總閥）觀察表一的指示是否符合要求（至少在4MPa），然后緩緩旋緊減壓閥門 2（即漸漸打開），使表2指針指在表壓2MPa, 氧氣充入氧彈中。1-2min后旋松（即關閉）減壓閥門2，關閉閥門1,再松開導氣管，氧彈已充 入約2MPa的氧氣，可供燃燒之用。但是閥門2至閥門1之間尚有余氣，因此要旋緊減壓閥門 2以放掉余氣，再旋松閥門2，使鋼瓶和氧氣表頭復原。（氧氣減壓器的使用見附錄，必須認真學習）。充完氣后，再用萬用表檢查兩個電極是否相通。2 燃燒和測量溫差：(1) 打開測熱控制器與計算機。(2) 用1/10的水銀溫度計準確測量量熱計恒溫水外套7的實際溫度。(3) 在水盆中放

11、入自來水(約 4000mL )，用1/10的水銀溫度計測量水盆里的自來水溫度，用加冰或加熱水的方法調(diào)節(jié)水溫低于外套溫度1.52.0 C。(4) 按圖將內(nèi)筒放在外筒隔熱支架上，然后將氧彈座套在已經(jīng)裝好試樣、充好氧氣的氧彈上，用專用提手將氧彈平穩(wěn)放入內(nèi)筒8裝中。用容量瓶準確量取 2000ml已調(diào)好溫度的水，置于內(nèi)筒8中，并檢查氧彈的氣密性。如有氣泡出現(xiàn)，表明氧彈漏氣，應找出原因，加以糾 正，重新裝樣充氧。注意箱體蓋上的兩個長短電極，要求與氧彈可靠接觸。最后蓋上箱蓋。將溫度傳感器探頭插入內(nèi)筒水中，測溫探頭和攪拌葉不得接觸彈筒和內(nèi)筒壁。(5) 打開量熱應用軟件，進入程序操作階段。系統(tǒng)默認“進行熱量測試

12、”，按“開始”后，操作鼠標單擊進入“系統(tǒng)設置”菜單，進行配置參數(shù)的設定。參數(shù)設定完畢，按下“1#開始測試”或“ 2#開始測試”(一般 1臺計算機只控制一臺熱量計，所以通常操作“1#開始測試”)。檢查是否將測溫探頭是否已經(jīng)放入內(nèi)筒是，若是，則按下“啟動”，此時內(nèi)筒中的攪拌器開始運轉(zhuǎn)，自動攪拌。5分鐘使內(nèi)筒中的水溫均勻后，熱量計開始自動進入初期溫度測定；初期溫度測定完之后，計算機提示將測 溫探頭移入筒，處筒溫度測定好之后，計算機又提示將測溫探頭移入內(nèi)筒，熱量計開始自動 點火，并進行主期與末期的溫度測定，顯示出實驗結(jié)果，標志著實驗結(jié)束。(6 )測試完畢，取出氧彈，打開放氣閥，排出廢氣，旋開氧彈蓋，觀

13、察燃燒是否完全，如有黑色殘渣，則證明燃燒不完全，實驗需重新進行。如燃燒完全，量取剩余的鐵絲長度，根據(jù)公式4計算C卡的值。如需精確測量，還需在裝置氧彈時加1mL蒸餾水于氧彈內(nèi)，燃燒后將彈體用蒸餾水清洗，用 0.1 mol L-3NaOH滴定之。最后用蒸餾水仔細洗滌彈頭、電極、坩堝 架、彈筒內(nèi)壁和坩堝。3 蔗糖恒容燃燒熱的測定：稱取0.6克的蔗糖，按上述操作步驟與計算機軟件提示，進行壓片、稱重、燃燒等實驗操作重復一次。測量蔗糖的恒容燃燒熱Qv，并根據(jù)公式(1)計算Qp,即為 H，并與手冊作比較，計算實驗的相對誤差。(5) 實驗操作要點：1.壓片時應將Cu-Ni合金絲壓入片內(nèi)。2 .氧彈充完氧后一定

14、要檢查確信其不漏氣，并用萬用表檢查兩極間是否通路。3 .氧彈充氧的操作過程中，人應站在側(cè)面，以免意外情況下彈蓋或閥門向上沖出，發(fā)生 危險。4試樣應進行磨細、烘干、干燥器恒重等前處理，潮濕樣品不易燃燒且有誤差。 壓片緊實度：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。5氧彈內(nèi)預滴幾滴水，使氧彈為水汽飽和，燃燒后氣態(tài)水易凝結(jié)為液態(tài)水。 6儀器應置放在不受陽光直射的單獨一間試驗室內(nèi)進行工作。室內(nèi)溫度和濕度應盡可能 變化小。最適宜的溫度是20 5C。每次測定時室溫變化不得大于1C。因此。室內(nèi)禁止使用各種熱源，如電爐、火爐、暖氣等。7試樣在氧彈中燃燒產(chǎn)生的壓力

15、可達14MPa，長期使用，可能引起彈壁的腐蝕，減少其強度。故氧彈應定期進行 20MPa 水壓檢查，每年一次。氧彈、量熱容器、攪拌器等，在使用 完畢后，應用干布擦去水跡，保持表面清潔干燥。恒溫外套(即外筒)內(nèi)的水，應采用軟水。 長期不使用時應將水倒掉。氧彈以及氧氣通過的各個部件，各聯(lián)接部分不允許有油污，更不 允許使用潤滑油，在必須潤滑時，可用少量的甘油。8 本裝置可測絕大部分固態(tài)可燃物質(zhì)。對一般訓練操作最好采用：蔗糖、葡萄糖、淀粉、萘、葸等物。液態(tài)可燃物、沸點高的油類可直接置于燃燒皿中，用引燃物(如棉線 )引燃測定；如是沸點較低的有機物，可將其密封于小玻璃泡中。置于引燃物上將共燒裂引燃測定之。9

16、 氧彈熱量計是一種較為精確的經(jīng)典實驗儀器，在生產(chǎn)實際中仍廣泛用于測定可燃物的 熱值。有些精密的測定，需對氧彈中所含氮氣的燃燒值作校正，為此，可預先在氧彈中加入5ml 蒸餾水。燃燒以后，將所生成的稀 HNO 3溶液倒出，再用少量蒸餾水洗滌氧彈內(nèi)壁，一并 收集到150mL錐形瓶中，煮沸片刻，用酚酞作指示劑，以O.IOOmol dm-3的NaOH溶液標定。每毫升堿液相當于 5.98J 的熱值。這部分熱能應從總的燃燒熱中扣除。10.若用本實驗裝置測出苯、環(huán)已烯和環(huán)己烷的燃燒熱，則可求算苯的共振能，苯、環(huán) 己烯和環(huán)已烷三種分子都含有碳六元環(huán)，環(huán)己烷和環(huán)己烯的燃燒熱焓AH的差值AE與環(huán)環(huán)己烯上的孤立雙鍵結(jié)

17、構(gòu)相關，它們之間存在下述關系：1E|=| H環(huán)已烷卜1 H環(huán)已稀1(6)如將環(huán)己烷與苯的經(jīng)典定域結(jié)構(gòu)相比較，兩者燃燒熱焓的差值似乎應等于3AE,事實證明：I H環(huán)已稀卜| H苯|>3| E|(7)顯然，這是因為共軛結(jié)構(gòu)導致苯分子的能量降低，其差額正是苯分子的共軛能E,即滿足:I H 環(huán)已烷 | H 苯 |-3| E| = E(8)將(1-8)式代入(1-10)式，再根據(jù)H=Qp=QV+ nRT ,經(jīng)整理可得到苯的共振能與恒容燃燒熱的關系式： 5E=3|QV，環(huán)已烯 |-2|QV，環(huán)已烷1- |QV，苯 |(9)這樣，通過一個經(jīng)典的熱化學實驗，將熱力學數(shù)據(jù)比較直觀地與一定的結(jié)構(gòu)化學概念聯(lián)

18、系起來，有利于開闊學生的思路。實驗操作及原始數(shù)據(jù)表 （20分）1.實驗數(shù)據(jù):苯甲酸反應前期（1次/min）反應中期（1次/15s）反應后期（1次/30s時間溫度時間溫度時間溫度127.331127.342129.496227.331 '0”29.066229.493327.332329.325329.489427.332429.407429.485527.334529.453529.48627.336629.478629.476727.338729.491729.47827.339829.497829.466927.34929.5929.461101029.4991029.456原始數(shù)

19、據(jù)記錄：燃燒絲長15 cm;苯甲酸樣品重 0.8136 g;剩余燃燒絲長7.1 cm；水溫 27.544°C。指導教師（簽字）成績 混合物（蔗糖：苯甲酸）反應主期（1次/60s）時間溫度128.9351 '0”30.591330.489430.851530.884630.900730.906830.906原始數(shù)據(jù)記錄：燃燒絲長 15 cm；樣品重0.5167g;剩余燃燒絲長 7cm；水溫 28.203°C。指導教師（簽字）成績 三、 數(shù)據(jù)處理結(jié)果（30分）1. 由實驗數(shù)據(jù)用雷諾校正作圖分別求出苯甲酸、樣品燃燒前后的t始和t終輦糖一苯甲酸雷諾校正苯甲酸雷諾校正圖*弟列

20、1時間ui n T苯甲酸=2.2 C T 樣品=1.7 C2. 由苯甲酸數(shù)據(jù)求出量熱計 當量C- QmQV 2.91C卡TT0.8136 26483 2.9 7.92.2=9804.31J/K3. 求出樣品的燃燒熱Qv,換算成Qpc 6 T 2.9l“QvM待測物質(zhì)的摩爾質(zhì)量“待測物質(zhì)的質(zhì)量9804.31 1.7-2.9 80.5167342 26483 0.4433=11004887.6J/molQp QvnRT =7788644.59+0 X 8.314 X 298.15=11004887.6J/mol四、思考題（20分）1、在本實驗的裝置中哪部分是燃燒反應體系？燃燒反應體系的溫度和溫度變化能否被測定？為什么？答：在本實驗裝置中，氧彈的內(nèi)部是被測物質(zhì)的燃燒空間，也就是燃燒反應體系。由于做燃 燒實驗時要在氧彈中充入高壓的氧氣，燃燒瞬間將產(chǎn)生高溫，這樣就無法將溫度計（或溫差 計）直接插入到高壓氧彈中或者因為溫度計無法承受高壓或高溫，另外溫度計是玻璃或金屬 外殼，在氧彈外面也無法與氧彈緊密接觸，或者有的溫度計（如熱電偶）達不到測量精度， 所以很難對燃燒反應體系進行溫度或溫度差的測量