燃燒熱-物化實驗報告材料

1、燃燒熱的測定:憨家豪 學(xué)號：2012012026 班級：材23同組人：曉慧實驗日期：2014年4月19日提交報告日期：2014年4月20日實驗老師：郭勛1引言1. 1 實驗?zāi)康?1 )熟悉彈式量熱計的原理、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)掌握溫差測量的實驗原理和技術(shù)；(4 )學(xué)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，1 mol物質(zhì)完全燃燒時的定壓反應(yīng)熱，稱為該物質(zhì)在此溫度下的摩爾燃燒熱，記作 cH。通常，完全燃燒是指 SCO (g) , H2tH2O(I ), SO (g), 而N、鹵素、銀等元素變?yōu)橛坞x狀態(tài)。由于在上述

2、條件下H= Q，因此 cHn也就是該物質(zhì)燃燒反應(yīng)的等壓熱效應(yīng) Q。在實際測量中，燃燒反應(yīng)在恒容條件下進(jìn)行(如在彈式量熱計中進(jìn)行)，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)的厶cU)。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)，Q和Q的關(guān)系為?= ?+ ?(1)式中：T反應(yīng)溫度，K；?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)。通過實驗測得？?值，根據(jù)上式就可計算出 ？?？即燃燒熱的值。a.rtfr Al 4.1EH*已I fi.iftltutlli fl.M*-.s 恥期.s a t：圖2 S-2 氣弾】一加體；2磔帕；3悽閹14一住咒間門：5-觸氣閥門* 巧*L

3、ter r鰹燒皿熨支餵#R允氣件I 1懿燒樣歳測量熱效應(yīng)的儀器稱作量熱計。量熱計的種類很多。一般測量燃燒熱用彈式量熱計。本實驗所用量熱計和氧彈結(jié)構(gòu)如圖2-2-1和圖2-2-2所示。實驗過程中外水套保持恒溫，水桶與外水套之間以空氣隔熱。同時，還對水桶的外表面進(jìn)行了電拋光。這樣，水桶連同其中的氧彈、測溫器件、攪拌器和水便近似構(gòu)成一個絕熱體系。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(zhì)和量熱計有關(guān)附件的溫度升高。測量介質(zhì)在燃燒前后的變化值，就可求算該樣品 的恒容燃燒熱。?麗?= ?- ?棉線?棉線-?§點火絲？?點火線（2）式中：m為待測物的質(zhì)量，

4、kg ;?為待測物的摩爾質(zhì)量，kg mol-1 ;1?儀器常數(shù)，kJ C ;?樣品燃燒前后量熱計溫度的變化值；?棉線，？?鎳絲一一分別為棉線和點火絲的恒容燃燒熱（一 16736和一3243 kJ/mol ）?棉線，？?鎳絲分別為棉線和點火絲的質(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)，便可由上式計算出未知物的恒容摩爾燃燒熱，再根據(jù)（1 ）式計算出摩爾燃燒熱。2實驗操作2.1 實驗藥品、儀器型號及測試裝置示意圖實驗藥品：萘（AR;苯甲酸（AR。實驗儀器：彈式量熱計1套；2000 ml容量瓶1個；1000 ml容量瓶1個；水盆1個（容 量大于3000 ml ）

5、;電腦及數(shù)據(jù)記錄儀一套；壓片機(jī)、鎳絲、棉線、萬用表、分析天平、剪 刀、氧氣瓶及減壓閥公用。測試裝置示意圖見上。2.2 實驗條件（實驗溫度、濕度、壓力等）大氣壓100.6 kPa，室溫18.2 C,相對濕度 44%2.3 實驗操作步驟、現(xiàn)象及方法要點1 儀器常數(shù)的測定（1 ）樣品準(zhǔn)備取8 cm鎳絲和10 cm棉線各一根，分別在分析天平上準(zhǔn)確稱量。在臺秤上稱量0.8 g左右的苯甲酸，在壓片機(jī)上壓成片狀，取出藥片并輕輕去掉粘附在 藥片上的粉末，用稱好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(zhǔn)確 稱量。RS 2-2-3色繪進(jìn)安裝水住將苯甲酸片上的鎳絲固定在氧彈的兩根電極上，如圖2-2-

6、3，用萬用表檢查是否通路。確認(rèn)通路后旋緊彈蓋，通入1.0 MPa氧氣，然后將氧彈放入水桶，接上點火電極。（2 ）儀器準(zhǔn)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3000 ml），將溫度傳感器放入水盆中，不斷攪動，通過加入涼水或熱水調(diào)節(jié)水溫，使溫度低于外水套0.7 C左右。準(zhǔn)確量取 3000 ml，倒入桶。宀 -2-4（3 ）燃燒測量蓋上桶蓋，將溫度傳感器插入桶，開動攪拌。待溫度穩(wěn)定后，打開電腦記錄軟件，記錄體系溫度隨時間的變化情況（軟件記錄的是電壓隨時間的變化關(guān)系，以下不再區(qū)分）。開始階段（打開軟件到點火），相當(dāng)于圖2-2

7、-4中的AB部分，；68分鐘后，按下點火開關(guān)，半分鐘溫度應(yīng)迅速上升（若溫度不能短時間迅速升高，應(yīng)停止實驗，檢查氧彈和儀器找出原因后再繼續(xù)實驗），進(jìn)入反應(yīng)階段，相當(dāng)于圖2-2-4中的BC部分。直到溫度上升速度明顯減慢， 進(jìn)入末期，相當(dāng)于圖2-2-4中的CD部分。810分鐘后，取出溫度傳感器，放入外水套中， 讀出外套水溫，即圖 2-2-4中E點。切斷電源，取出氧彈，放出氧彈中的氣體。打開氧彈，檢查樣品是否完全燃燒。若燃燒完全，將剩余鎳絲取下稱重（注意：稱量剩余鎳絲時，應(yīng)去除鎳絲頂端熔融的小球）。當(dāng)氧彈打開后，如發(fā)現(xiàn)氧彈中有較多的黑色物質(zhì)，則此次實驗燃燒不完全，應(yīng)重新測量。 燃燒不完全最主要的愿因就

8、是氧氣的量不足 （氧彈漏氣、充氧不足、操作失誤未能沖入氧氣 等）,此外樣品量過大，藥片松散部分脫落也可造成燃燒不完全。將桶的水倒入水盆用于下次的測量，將氧彈洗凈擦干。2 .未知物測量取0.6g左右的萘，同上述操作方法。3結(jié)果與討論3.1實驗原始數(shù)據(jù)表1原始數(shù)據(jù)記錄實驗組數(shù)?（鎳）/?（棉線）/?（總）/?（剩余?）摩爾質(zhì)量曲線峰高/?/?/?10.02570.00990.81390.0170122.12125.495620.02020.01170.60150.0185128.17139.1136注：組號為1的物質(zhì)為苯甲酸，組號為 2的物質(zhì)為待測的萘，下同。3.2實驗數(shù)據(jù)處理選擇并雙擊物理化學(xué)實

9、驗，選擇并雙擊燃燒熱測定，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1，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H;如果線性擬合交點不理想，點擊刷新，移動光標(biāo)重新 擬合。確定后，點擊提交，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熱值。這樣做是因為使水桶完全絕熱

10、是很困難的，總會有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，過此點作垂線與曲線的兩條始末階段直線的外延線相交于兩點，此二點之間的距離即為校正后的 H值。苯甲酸和萘的電壓（溫 度）一時間曲線圖3-2-1苯甲酸電壓（溫度）一時間曲線圖3-2-2萘溫度（時間）一電壓曲線軟件計算得到的萘的燃燒熱為 H = 5076.4824 kJ/mol 。3.3討論分析：1、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 C左右，但水加入儀器中之后會有一定地升高，因而在調(diào)節(jié)水溫的時候應(yīng)該使水的溫度低于外水套溫度約0.8 C左右。我們在第一次測量時水溫沒有控制好，調(diào)水溫

11、時溫差只取了0.5 C,水倒入桶后，外筒溫差只有0.1 C,無法繼續(xù)實驗。重新配時溫差擴(kuò)大為約0.8 C,后續(xù)試驗可以順利進(jìn)行。2、 點火是實驗的一個關(guān)鍵步驟，我們兩次點火都成功了?？偨Y(jié)點火不成功的可能原因如下：（1）深入彈體部的電極和氧彈壁接觸短路；（2 ）連接燃燒絲的電爐斷了，應(yīng)用萬用表檢查；（3）彈氧氣不足，應(yīng)取出氧彈檢查。3、彈氧氣不足還會造成燃燒不充分，燃燒后打開氧彈會發(fā)現(xiàn)大量黑色物質(zhì)，遇到此情況需重新做。本次實驗燃燒完全，說明充氣操作比較規(guī)。4、 本次實驗燃燒焓誤差約為1.5%，相較最大允許誤差是比較小的，實驗結(jié)果還是比較令人 滿意。分析誤差產(chǎn)生的原因如下：（1 ）反應(yīng)溫度（外水套

12、溫度）一直處于變化之中，無法精確測量，故計算的摩爾燃燒熱的實際值與文獻(xiàn)值略有差異；（2）燃燒熱的定義中要求燃燒前后溫度不變，實驗中卻是需要利用水桶水溫的升高來進(jìn)行曲線峰值的計算，屬于非等溫反應(yīng)系統(tǒng)。在計算方法上進(jìn)行了簡化，認(rèn)為溫度近似不變；（3）盡管水桶與外水套之間以空氣隔熱但系統(tǒng)并不能做到嚴(yán)格絕熱，熱交換是存在的，具體表現(xiàn)為外水套的溫度點火后會升高。為了減小熱交換的影響，水桶點火前水溫應(yīng)調(diào)節(jié)成比外水套溫度低 0.7 C左右（這樣測量過程中的吸熱量會近似等于放熱量）。但是由于在同水倒入的過程中溫度會發(fā)生變化，故溫差會減少，導(dǎo)致測量不準(zhǔn)；（4）操作不嚴(yán)格，例如在制作藥片時應(yīng)帶手套，徒手操作對樣品

13、的質(zhì)量測量會帶來誤差；（5）氧彈中除了氧氣外還有一部分空氣，空氣中的氮氣也會燃燒放熱，但在本實驗中并未 校正。4結(jié)論通過這個實驗，熟悉了彈式量熱計的原理、構(gòu)造及使用方法；明確恒壓燃燒熱與恒容燃燒熱的差別及相互關(guān)系。同時，掌握溫差測量的實驗原理和技術(shù)。實驗結(jié)果：萘的燃燒熱：AH = 5076.4824 kJ/mol ,標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)（1 atm , 25。）為厶H=5153.8 kJ/ mol ,相對誤差：1.5%。5參考文獻(xiàn)1. 大學(xué)化學(xué)院物理化學(xué)實驗教學(xué)組物理化學(xué)實驗.：大學(xué)，2002 . 4445。:清華大學(xué)，1991 2637。2. 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.3. 復(fù)旦大學(xué)

14、等.物理化學(xué)實驗.：高等教育，1992. 4347。6附錄（思考題）1. 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(jìn)行熱交換？這些熱交換對結(jié)果影響怎樣？如何校正？答：水桶以為系統(tǒng)，具體包括氧彈、測溫器件、攪拌器和水，近似為絕熱系統(tǒng)。水桶以外的外水桶和水為環(huán)境。系統(tǒng)和環(huán)境主要通過外水桶之間的空氣對流進(jìn)行熱交換。這些熱交換使得環(huán)境吸收系統(tǒng)的熱量，系統(tǒng)升溫變慢，可能引起實驗結(jié)果偏低?？梢酝ㄟ^雷諾法校正。2. 使用氧氣時應(yīng)注意哪些問題？答：（1）盡可能遠(yuǎn)離熱源；（2 ）在使用室特別注意在手上，工具上，鋼瓶和周圍不能占有油脂。扳子上的油可用酒精洗去，待干后再使用，以防爆炸和燃燒；（3 ）氧氣瓶應(yīng)與應(yīng)氧氣表一齊使用，不能隨便用在其他鋼瓶上；（4 ）開閥門及調(diào)壓時，人不要站在鋼瓶出氣口，頭不要在瓶頭之上，而應(yīng)在側(cè)面；（5 ）開氣瓶總閥之前，必須檢查氧氣表調(diào)節(jié)閥門是否處于關(guān)閉。不要在調(diào)節(jié)閥開放狀態(tài)，突然打開氣瓶總閥。3. 攪拌過快或過慢有何影響？答：攪拌過快會生成一部分另外的非反應(yīng)生成的熱，使得結(jié)果偏高。過慢又不利于反應(yīng)熱擴(kuò)散，體系溫度不均。4. 氧彈中含有氮氣，燃燒后生成HNQ對結(jié)果有何影響？如何校正