有機(jī)物燃燒焓的測定實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、有機(jī)物燃燒焓的測定一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 明確燃燒焓的定義，了解恒壓熱效應(yīng)與恒容熱效應(yīng)的關(guān)系。2.掌握有關(guān)熱化學(xué)實(shí)驗(yàn)的一般知識和技術(shù)。3 用氧彈式量熱計(jì)測定有機(jī)物的燃燒焓。二. 實(shí)驗(yàn)原理熱化學(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 CH。通常，C H等元素的燃燒產(chǎn)物分別為 CQ(g)、140(1)等。由于上述條件下 H=Q, 因此Acf也就是該物質(zhì)燃燒反應(yīng)的等壓熱效應(yīng)Q,m。在適當(dāng)?shù)臈l件下，許多有機(jī)物都能迅速而完全地進(jìn)行氧化反應(yīng)，這就為準(zhǔn)確測定它們的燃燒焓創(chuàng)造了 有利條件。在實(shí)際測量中，燃燒反應(yīng)常在恒容條件下進(jìn)行，如在彈式量熱計(jì)中進(jìn)行

2、，這樣直接測得的是反應(yīng)的恒 容熱效應(yīng)Q (即燃燒反應(yīng)的熱力學(xué)能變 CU)。若將應(yīng)系統(tǒng)中的氣體物質(zhì)視為理想氣體，根據(jù)熱力學(xué)推導(dǎo)可得Acf和 U的關(guān)系為：CH: cU m RT J J B (g)或 Qp,m = Qv, m = RT b (g)()BB式中，T為反應(yīng)溫度(K) ; c|4為摩爾燃燒焓(J mol -1) ; CLm為摩爾燃燒熱力學(xué)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(jì)量數(shù)，規(guī)定生產(chǎn)物取正值，反應(yīng)物取負(fù)值。通過實(shí)驗(yàn)測得 QMJmol-1)值，根據(jù)上式就可計(jì)算出 CPXJ mol -1)，即燃燒焓的值 CH。本實(shí)驗(yàn)是用氧彈式量熱計(jì)進(jìn)行萘的燃燒焓的測

3、定。量熱計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示，氧彈結(jié)構(gòu)如圖2所示。實(shí)驗(yàn)中，設(shè)質(zhì)量為m(g)的待測物質(zhì)(恒容燃燒熱為 Q,m)和質(zhì)量為m(g)的點(diǎn)火絲(恒容燃燒熱為q，J g-1) 在氧彈中燃燒，放出的熱可使質(zhì)量為 Wn的水(比熱容為Cw，J K -1 g -1 )及量熱器本身(熱容為 Cm，J K-1 ) 的溫度由T1升高到H，則根據(jù)能量守恒定律可得到熱平衡關(guān)系maQ,m qmb=-(CmCw.Wm)仃2-T1)=K(T2-T1)(2)M式中，M為該待測物的摩爾質(zhì)量；規(guī)定系統(tǒng)放熱時(shí) Q取負(fù)數(shù)；K= - ( Cm+cw- W，同一套儀器、當(dāng)內(nèi)筒中 的水量一定時(shí)，K值恒定，稱K為儀器常數(shù)或水當(dāng)量(JK -1)，常用已

4、知燃燒熱值 Q的苯甲酸來測定。求 出量熱體系的儀器常數(shù) K后，再用相同方法對其它物質(zhì)進(jìn)行測定，測出溫升 T=T 2- Ti,代入上式，即可 求得待測物的燃燒 Q,m或 CU。實(shí)際上，氧彈式熱量計(jì)不是嚴(yán)格的絕熱系統(tǒng)，加之由于傳熱速度的限制，燃燒后由最低溫度達(dá)最高溫 度需一定的時(shí)間，在這段時(shí)間里系統(tǒng)與環(huán)境難免發(fā)生熱交換，因而從溫度計(jì)上讀得的溫差就不是真實(shí)的溫 差。為此，必須對讀得的溫差進(jìn)行校正。校正的方法可以有作圖法(雷諾法)和公式法(奔特公式)。公 式法的使用見“數(shù)據(jù)處理”部分 。三儀器和試劑氧彈式量熱計(jì)，精密電子溫差測量儀，氧氣鋼瓶，充氧機(jī)，壓片機(jī)，萬用電表，臺稱，電子天平，容量瓶(1000m

5、L)，苯甲酸(分析純，Qv,m= -3227.51 kJ mol-1)，萘(分析純)，專用燃燒鎳絲(q=- 1525 J g -1) o四實(shí)驗(yàn)步驟1. 儀器常數(shù)的測定(1 )準(zhǔn)備點(diǎn)火絲：量取長約 10cm點(diǎn)火絲，在電子天平上準(zhǔn)確稱重，得m值。在直徑約3mm的玻璃棒上，將其中段繞成螺旋形 5圈6圈。(2) 壓片：用臺秤預(yù)稱取0.9g1.1g的苯甲酸，在壓片機(jī)上壓成圓片。將壓片制成的樣品放在干凈的 稱量紙上，小心除掉有污染和易脫落部分，然后在電子天平上精確稱量，得m值。(3) 裝氧彈：將氧彈蓋取下放在專用架上，用濾紙擦凈電極及不銹鋼坩堝。先放好坩堝，然后用鑷子 將樣品放在坩堝正中央(樣品凹面朝上)

6、。將準(zhǔn)備好的燃燒絲兩端固定在電極上，并將螺旋部分緊貼在樣 品的上表面，然后小心旋緊氧彈蓋(注意：點(diǎn)火絲不可與坩堝接觸，以防短路)。(4) 充氧氣：將氧彈接入充氧機(jī)，檢查氧氣鋼瓶上的減壓閥，使其處于關(guān)閉狀態(tài)，再打開氧氣鋼瓶上的總開關(guān)。然后輕輕擰緊減壓閥螺桿(擰緊即是打開減壓閥)，使氧氣緩慢進(jìn)入氧彈內(nèi)。待減壓閥上的減壓表壓力指到1.8MPa2.0MPa之間時(shí)停止，關(guān)閉氧氣鋼瓶總開關(guān)，并擰松壓閥螺桿。(5) 安裝熱量計(jì)：先放好內(nèi)筒，調(diào)整好攪拌，注意不要讓葉輪碰撞內(nèi)筒壁。將氧彈放在內(nèi)筒正中央， 接好點(diǎn)火插頭，加入 3000mL自來水。插入精密電子溫差測量儀上的測溫探頭，注意既不要和氧彈接觸、內(nèi) 筒壁接

7、觸，使導(dǎo)線從蓋孔中岀來，安裝完畢。(6) 數(shù)據(jù)測量：打開精密電子溫差測量儀，打開攪拌，設(shè)定溫度讀數(shù)時(shí)間間隔為30秒。待溫度基本穩(wěn) 定后將溫差測量儀“采零”、“鎖定”，開始記錄溫差數(shù)據(jù)。整個(gè)數(shù)據(jù)記錄分為三個(gè)階段：a. 初期：這是樣品燃燒以前的階段。在這一階段觀測和記錄周圍環(huán)境和量熱體系在試驗(yàn)開始溫度下的 熱交換關(guān)系。每隔1分鐘讀取溫度1次，共讀取6次。b. 主期：從點(diǎn)火開始至傳熱平衡稱為主期。在讀取初期最末1次數(shù)值的同時(shí)，按一下“點(diǎn)火”按鈕即進(jìn)入主期。此時(shí)每30秒讀取溫度1次，直到溫度不再上升而開始下降的第1次溫度為止。C.末期：這一階段的目的與初期相同，是觀察在試驗(yàn)后期的熱交換關(guān)系。此階段仍是

8、每30秒讀取溫度1次，直至溫度停止下降為止(約共讀取10次)o停止觀測溫度后，從熱量計(jì)中取岀氧彈，放盡其中的氣體，擰開并取下氧彈蓋，氧彈中如有煙黑或未 燃盡的試樣殘余，表明試驗(yàn)失敗，應(yīng)重做。2. 萘的燃燒焓的測定稱取0.8g1g萘，用與“儀器常數(shù)的測定”相同的方法進(jìn)行測定。實(shí)驗(yàn)結(jié)束，用干布將氧彈內(nèi)外表面和彈蓋擦凈，最好用熱風(fēng)將彈蓋及零件吹干或風(fēng)干。五. 數(shù)據(jù)處理1. 儀器常數(shù)由苯甲酸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)按下式計(jì)算：k =：Q哇亠q m /(T -T )亠、tw Mb 212. 量熱計(jì)熱交換校正值 t，用奔特公式計(jì)算： t= m(v+v) / 2+v 1r3. 萘的恒容燃燒熱由實(shí)驗(yàn)結(jié)果按下式計(jì)算：萘燃燒實(shí)驗(yàn)

9、數(shù)據(jù)讀數(shù)序數(shù)（每30s 一次）初期溫度/C主期溫度/C末期溫度/C016.7917.5420.42117.8820.38216.9118.8120.33319.8120.30417.0420.1320.26520.2820.24617.1020.4420.23720.5720.23817.1220.61920.621017.1520.591120.551217.17(點(diǎn)火)20.47v= (16.79-17.17)/10=-0.038W =(20.42-20.23)=0.019一t =(-0.038+0.019) X 4/2+0.019 X 8=0.114 C燃燒反應(yīng)方20.33程式為： GH

10、8 (s)+ 12O2 (g 口 10CO2(g )+ 4H2O(I)Qv,m = *I.T2 -T1d-q mJ mMa128=(-16052.34) X (20.47-17.54+0.114)-(-1525) X 0.0110 X 08171 = -7651.89 KJ/molcHm 二 Qp,m = cUm nRT 二 Qv,m -2RT=-7651888 -2 X 8.314 X 293.549= -7656.77 KJ/mol17.17 C上式中，T(K)為反應(yīng)溫度，可在按下點(diǎn)火按鈕時(shí)記下精密電子溫差測量儀顯示的溫度讀數(shù)，等于4 記錄及計(jì)算：苯甲酸燃燒實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)讀數(shù)序數(shù)（每30s 一次

11、）初期溫度/C主期溫度/C末期溫度/C017.7518.0419.81118.6619.85217.8819.0719.85319.24417.9419.48519.68617.9719.81719.88817.9919.88919.871018.0119.851119.851218.03 （點(diǎn)火）19.85苯甲酸熱值：Qv,m= -3227.51 kJ mol-1V= 17.75-18.03= 0.28 v1 =19.85-19.85=0At =-0.28 X 3/2=-0.42ma = 0.0109gq X m = -1525J/g 0.0048g=-7.32JK=（-3227510 X 0.0109/122-7.32）/（19.85-18.03-0.42）=-211.20J/C六. 注意事項(xiàng)1 每次使用鋼瓶時(shí)，應(yīng)在老師指導(dǎo)下進(jìn)行；充氧時(shí)注意操作，手上不可附有油膩物。2坩堝每次使用后，應(yīng)清洗干凈并擦干。3試樣燃燒焓的測定和儀器常數(shù)的測定，應(yīng)盡可能在相同條件下進(jìn)行。4未取出溫感器，不得打開量熱計(jì)的蓋子。5點(diǎn)火線安裝時(shí)不能碰到氧彈壁。七. 思考題1.本實(shí)驗(yàn)如何考慮系統(tǒng)與環(huán)境？答：氧彈內(nèi)部空間為體系，氧彈以外為環(huán)境，實(shí)驗(yàn)過程中有熱損耗，可增加氧彈壁的厚度來降低熱損耗。2固體樣品為什么要壓成片狀？如何測定液體樣品的燃燒熱？答：壓成片狀是為了方便稱量和安裝試驗(yàn)裝置，避免在稱