實(shí)驗(yàn)3 燃燒熱的測定

1、 燃燒熱的測定【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹浚?）使用氧彈式量熱計(jì)測定固體有機(jī)物質(zhì)（萘）的恒容燃燒熱，并由此求算其摩爾燃燒熱。（2）了解氧彈式量熱計(jì)的原理、構(gòu)造及使用方法，掌握氧彈式量熱計(jì)的使用方法，熟悉貝克曼溫度計(jì)的調(diào)節(jié)和使用方法。（3）掌握恒容燃燒熱和恒壓燃燒熱的差異和相互換算，學(xué)會用雷諾圖解法校正溫度改變值。實(shí)驗(yàn)原理】燃燒焓的定義：在指定的溫度和壓力下，一摩爾物質(zhì)完全燃燒生成指定產(chǎn)物的焓變，稱該物質(zhì)在此溫度下的摩爾燃燒焓，記作AH。cm本實(shí)驗(yàn)是在等容的條件下測定的。等壓熱效應(yīng)與等容熱效應(yīng)關(guān)系為：H=U+AnRT（1）cmcm丄丿n是燃燒反應(yīng)方程式中氣體物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)，產(chǎn)物取正值，反應(yīng)物取負(fù)值。燃燒熱可在

2、恒容或恒壓條件下測定，又熱力學(xué)第一定律可知，在不做非膨脹功時，ZCU=Q,H=Q.在cmvcmp氧彈式量熱計(jì)中測定的燃燒熱是Qv，貝y：Q=Q+AnRT（2）pv、丿在盛有水的容器中放入裝有W克樣品和氧氣的密閉氧彈，使樣品完全燃燒，放出的熱量引起體系溫度的上升。根據(jù)能量守恒原理，用溫度計(jì)測量溫度的改變量，由下式求得QV。(3)MC(T-T)W終始式中，M是樣品的摩爾質(zhì)量（g.mol-1）；C為樣品燃燒放熱始水和儀器每升高1度所需要的熱量，稱為水當(dāng)量（J.K-1）。水當(dāng)量的求法是用已知燃燒熱的物質(zhì)（本實(shí)驗(yàn)用苯甲酸）放在量熱計(jì)中，測定和T始和T終即可測得萘的燃燒焓。始終環(huán)境恒溫式量熱計(jì)屬于密閉體系

3、，沒有物質(zhì)的交換只有能量的交換，體系為樣品等能燃燒的物質(zhì)，體系燃燒產(chǎn)生的熱量通過氧彈傳到環(huán)境（水和儀器），使溫度升高。做雷諾數(shù)校正圖求出AT。就可求得樣品燃燒熱。1）本實(shí)驗(yàn)由苯甲酸數(shù)據(jù)求出水當(dāng)量WQ總熱量=Q樣品EM）+Q燃絲m燃絲=WAT（Q燃絲=-1400.8Jg-1）2）將水當(dāng)量值代入1）就可求出Q樣品，再換算成Qv。環(huán)境式量熱器最外層是儲滿水的外筒，當(dāng)氧彈中的樣品開始燃燒時，內(nèi)筒與外筒之間有少許熱交換，因此不能直接測出初溫和最高溫度，需要由溫度-時間曲線進(jìn)行確定。儀器與試劑】氧彈式量熱計(jì)1套；氧氣鋼瓶（帶氧氣表）；臺稱1只；電子天平1臺（O.OOOlg）。苯甲酸（A.R）；萘（A.R）

4、；燃燒絲。oKE,.一10圖I絕熱式量熱計(jì)構(gòu)追簡圖圖2氧禪的基本構(gòu)造睪弾Z貝克曼溫度匕3-內(nèi)筒1-禪飾2-珀塌3-火焰檔板I4-敢大笹5-誼溫水夾套&水夾套4禪蓋3-排氣孔6.頭電槪溫度口了玄拌電機(jī)8.頭攪拌器?誑士M（Jifi士呵w占山必ffLI習(xí)【實(shí)驗(yàn)步驟】水當(dāng)量的測定（1）樣品壓片在電子臺秤上粗稱0.91.0g苯甲酸，在專用壓片機(jī)中壓成片狀（力度適中），然后在電子天平上準(zhǔn)確稱重（可以分別稱量空坩堝和藥片放入坩堝之后的質(zhì)量），置于氧彈中。（2）氧彈充氧精確稱量一根燃燒絲的質(zhì)量，將氧彈的彈頭放在彈頭架上，將燃燒絲的兩端分別緊繞在氧彈頭上的兩根電極上，并使燃燒絲與藥片上平面相接觸（如下圖，本實(shí)

5、驗(yàn)中不需要用棉線固定），但不能與彈體內(nèi)壁接觸（以免短路），把彈頭放入彈杯中，擰緊。充氧時，注意高壓氧氣鋼瓶的使用方法。將氧彈置于支架上，開始先充約1MPa氧氣，然后用球針開啟出口，趕出氧彈中的空氣。再充入1MPa氧氣，充氣約1分鐘。如此重復(fù)2次，最后充入氧氣，將氧彈放入量熱計(jì)中，接好點(diǎn)火線。(3)調(diào)節(jié)水溫準(zhǔn)備一桶自來水，調(diào)節(jié)水溫約低于外筒水溫1C左右(可在水中加入少量冰塊)。用大天平秤取3000g已調(diào)溫的水注入內(nèi)筒，水面蓋過氧彈。裝好攪拌頭。(4)測定水當(dāng)量蓋上桶蓋，將溫度傳感器插入內(nèi)桶，打開攪拌器，讓體系平衡一段時間；打開電腦桌面上的軟件，設(shè)置采集時間(15s)和坐標(biāo)系(橫坐標(biāo)0-30min

6、,溫度范圍從(起始溫度-0.5oC)-(起始溫度+3。0)。按下“點(diǎn)火”開關(guān)(果斷按下并保持3-5s后再松開)每隔15秒記錄一次。當(dāng)溫度明顯升高時，說明點(diǎn)火成功；待溫度升至最高點(diǎn)后，再記錄10次，停止實(shí)驗(yàn)。停止攪拌，取出氧彈，放出余氣，打開氧彈蓋，若氧彈中無灰燼，表示燃燒完全，將剩余燃燒絲稱重，待處理數(shù)據(jù)時用。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(shí)驗(yàn)燃燒不完全，應(yīng)重新測量。燃燒不完全最主要的愿因就是氧氣的量不足(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。將內(nèi)桶的水倒入水盆用于下次的測量，將氧彈洗凈擦干。測量萘的燃燒熱稱取0.

7、8g0.9g萘，重復(fù)上述步驟測定之。【注意事項(xiàng)】充氧時注意氧氣鋼瓶和減壓閥的正確使用順序，注意開關(guān)的方向和壓力；氧氣瓶在開總閥前要檢查減壓閥是否關(guān)好；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后要關(guān)上鋼瓶總閥，注意排凈余氣，使指針回零。壓片機(jī)要專用，不要搞混，以免污染。內(nèi)筒中加3000mL水后若有氣泡逸出，說明氧彈漏氣，應(yīng)設(shè)法排除。攪拌時不得有摩擦聲，因?yàn)槟Σ習(xí)a(chǎn)生熱效應(yīng)，干擾測量結(jié)果。拔電極時注意不要拔線。第二次實(shí)驗(yàn)注意擦內(nèi)筒；測定樣品萘?xí)r，內(nèi)筒水要更換且需調(diào)溫。【數(shù)據(jù)處理】(1)原始數(shù)據(jù)記錄：苯甲酸樣品g；燃燒絲g；剩余燃燒絲重g；水C,水的質(zhì)go萘樣品重_g；燃燒絲g；剩余燃燒絲重_g；水溫C,水的質(zhì)量_go另記錄實(shí)驗(yàn)軟

8、件數(shù)據(jù)窗中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(可以先手機(jī)拍照記錄)，再根據(jù)公式計(jì)算出奈的燃燒熱。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別求出苯甲酸、萘燃燒前后的t始和t終。始終T=T=苯甲酸萘由苯甲酸數(shù)據(jù)求出水當(dāng)量CoQ=1400.8Jg-1；Q=17479Jg-i。鎳鉻絲棉線w(AU)苯甲酸QwQwC二mM卷竺紀(jì)蘭(本實(shí)驗(yàn)中未用棉線)查表知：25C時苯甲酸Q=-3228.0kJ/mol根據(jù)基爾霍夫定律：C“（l）=75.295J.mol-1.K-1C=145.2J.mol-1.K-1pH2Op苯甲酸C=J.mol-1.K-1C=J.mol-1.K-1C=165.3J.mol-1.K-1pO2pCO2p萘對于苯甲酸AC=7X37.129+3X

9、75.295-145.2-15/2X29.359=120.3955J.mol-1.K-1p對于萘C=10X37.129+4X75.295-165.3-12X29.359=154.9J.mol-1.K-1p苯甲酸：AH=AH+JTACdTQ=Q-4nRT=T298.15298pvpwCAT=(AU)苯甲酸QwQwmM絲絲線線C=J/C4求出萘的燃燒熱QV，換算成Qpo對于萘QV=Qp=Qv+-nRT5.將所測萘的燃燒熱值與文獻(xiàn)值比較，求出誤差，分析誤差產(chǎn)生的原因萘的文獻(xiàn)值：AH=AH+JTACdTTT298p相對誤差=【實(shí)驗(yàn)討論】(1)環(huán)境恒溫式量熱計(jì)由雷諾曲線求得AT的方法如下圖所示。詳細(xì)步驟

10、如下：將樣品燃燒前后歷次觀察的水溫對時間作圖，聯(lián)成FHIDG折線，圖中H相當(dāng)于開始燃燒之點(diǎn)，D為觀察到的最高溫度讀數(shù)點(diǎn)，作相當(dāng)于相當(dāng)于室溫(或HD的1/2)之平行線JI交折線于I，過I點(diǎn)作ab垂線，然后將FH線和GD線外延交ab線A、C兩點(diǎn)，A點(diǎn)與C點(diǎn)所表示的溫度差即為欲求溫度的升高AT。圖中AA為開始燃燒到溫度上升至室溫這一段時間A內(nèi)，由環(huán)境輻射進(jìn)來和攪拌引進(jìn)的能量而造成體系溫度的升高必須扣除，CC為溫度由室溫升高到最高點(diǎn)D這一段時間At2內(nèi)，體系向環(huán)境輻射出能量而造成體系溫度的降低，因此需要添加上。由此可見AC兩點(diǎn)的溫差是較客觀地表示了由于樣品燃燒致使量熱計(jì)溫度升高的數(shù)值。有時量熱計(jì)的絕熱

11、情況良好，熱漏小，而攪拌器功率大，不斷稍微引進(jìn)能量使得燃燒后的最高點(diǎn)不出現(xiàn)。這種情況下AT仍然可以按照同樣方法校正。實(shí)驗(yàn)中，試樣應(yīng)進(jìn)行磨細(xì)、烘干、干燥器恒重等前處理，潮濕樣品不易燃燒且有誤差。干燥恒重苯甲酸(0.91.2g)和萘(0.60.8g)壓片，注意緊實(shí)度：一般硬到表面有較細(xì)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。壓得太緊，點(diǎn)火后難以燃燒；太松，容易脫落。氧彈要保證充氧完全，否則會影響樣品完全燃燒。坩堝和氧彈每次使用后應(yīng)洗凈擦干。【思考題】本實(shí)驗(yàn)中，那些為體系？那些為環(huán)境？答：氧彈、內(nèi)筒、水為體系；夾套及其中的水為環(huán)境。水桶中的水溫為什么要選擇比外筒水溫低？低

12、多少合適？為什么？答：為了減少熱損耗，因反應(yīng)后體系放熱會使內(nèi)筒的溫度升高，使體系與環(huán)境的溫度差保持較小程度，體系的熱損耗也就最少。低1度左右合適，因這個質(zhì)量的樣品燃燒后，體系放熱會使內(nèi)筒的溫度升高大概2度左右，這樣反應(yīng)前體系比環(huán)境低1度，反應(yīng)后體系比環(huán)境高1度，使其溫差最小，熱損耗最小。(3)攪拌太慢或太快對實(shí)驗(yàn)結(jié)果有何影響？.答：攪太慢，會使體系的溫度不均勻，體系測出的溫度不準(zhǔn)；攪太快，會使體系與環(huán)境的熱交換增多，也使實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)。數(shù)據(jù)處理示例：比少凰、的al室一B12-cDG4G1*DBf-一/OS-CM-32口DAVFV*-=*AIa2D04CO600EL8DQIQtO11圖町知，點(diǎn)cc

13、近似宜合，msnAT-i.nK由反應(yīng)方程式叮知Aa=7-l5/2=-0.5mul所feZQv=0.AnRT=AR-AnRT=-3226.Xlfl540.5X8.314x-(2Q4273.15)-S.2257XKYT-mul1Q瞞丘=Qv(Ln,rM)+Qe*Tn+Qiwnn曲.=W*ATNlW=(-3.2257x-10hxfl.5fifil22-I.WfiXJ0flx(fl.ftl03-0.0064)/1COO-1.7479X1C7XO.OOK/1QOD).-I.IIK二1,4177X：1JK”2DD-一菲燈燒馬磚團(tuán)電一11一*rwr.iT75-C.J5I.MC135J1100-y0.75Ji/1q.so-j/:(125hAjKiK02S1.F103r1i*0fitM400ph10t/s咗爆鳩的測宦；如罔知，A岸0C近假重件N弭I対釦2T-I.舶船尺由反極力捏式町知An-IO-2-2mDl川由Qi00噸+Q”5加十Q*簡輕-W*AT由闌W-1.417?X10*WC1節(jié)*、1述計(jì)畀Qm-Qv(m/M)+Q腫5腫+Qiw*mm-W也丁Qv-W*AT(Qjrt*JHArf+Qw4-1.4177XI04X1.6393+1.-400SX10fXfft.OOW-OJKMkF)/l