物化實驗-燃燒熱的測定

./實驗2燃燒熱的測定姓名：鄧暉；學(xué)號：2010011986；班級：材03班；同組實驗人員：覃兆童實驗日期：2012-4-14；提交報告日期：2012-4-27；帶實驗的助教姓名：陳雙龍1引言〔簡明的實驗?zāi)康?原理1.1實驗?zāi)康氖煜検搅繜嵊嫷脑怼?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。掌握溫差測量的實驗原理和技術(shù)。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,1mol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△cHm。通常,完全燃燒是指C→CO2〔g,H2→H2O〔l,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△cHm也就是該物質(zhì)燃燒反應(yīng)的等壓熱效應(yīng)Qp。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)Qv〔即燃燒反應(yīng)的△cUm。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〔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)。通過實驗測得Qv值,根據(jù)上式就可計算出Qp,即燃燒熱的值。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,內(nèi)水桶與外水套之間以空氣隔熱。同時,還對內(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?！?式中：m——為待測物的質(zhì)量,kg；——為待測物的摩爾質(zhì)量,kg·mol-1；——儀器常數(shù),kJ·℃－1；——樣品燃燒前后量熱計溫度的變化值；,——分別為棉線和點火絲的恒容燃燒熱〔－16736和－3243kJ·kg,——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實驗用品、儀器型號及測試裝置示意圖2.1.1實驗用品彈式量熱計1套；2000ml容量瓶1個；1000ml容量瓶1個；水盆1個〔容量大于3000ml；電腦一臺〔用于采集數(shù)據(jù)；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。萘〔AR；苯甲酸〔AR。2.1.2儀器型號SR-1數(shù)顯熱量計控制器；氮氧式熱量計。2.1.3測試裝置示意圖〔如圖2-2-1及圖2-2-32.2實驗條件〔實驗溫度、濕度、壓力等室溫、常壓2.3實驗操作步驟及方法要點實驗操作步驟方法要點1．儀器常數(shù)的測定=1\*GB3①樣品準(zhǔn)備取合適長度鎳絲和棉線各一根,分別在分析天平上準(zhǔn)確稱量。在臺秤上稱量0.8g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。將苯甲酸片上的鎳絲固定在氧彈的兩根電極上,如圖2-2-3,用萬用表檢查是否通路。確認(rèn)通路后旋緊彈蓋,通入1.0MPa氧氣,然后將氧彈放入內(nèi)水桶,接上點火電極。=2\*GB3②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3000ml,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0.8-0.9℃左右。準(zhǔn)確量取3000ml,倒入內(nèi)桶。=3\*GB3③燃燒測量蓋上桶蓋,將溫度傳感器插入內(nèi)桶,開動攪拌。打開計算機(jī)選擇數(shù)據(jù)采集,單擊計算機(jī)界面中開始。觀察溫度顯示,當(dāng)溫度沒有變化,走過一段平穩(wěn)的基線后<２分鐘左右>,按下點火鍵,如果點火成功,過半分鐘左右溫度應(yīng)升高。溫度不再升高后,繼續(xù)記錄一段水平線,再將鉑電阻溫度計探頭放入外水套中,直到溫度沒有變化〔溫度曲線為水平狀,單擊完成,并命名存盤。停止攪拌,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．未知物測量取0.6g左右的萘,同上述操作方法。樣品要適量,太多太少都會造成誤差。棉線要綁牢樣片,否則操作過程中容易脫落。注意檢查氧彈內(nèi)各個部件及點火絲,不要使電極兩端短路,保證電流通過點火絲。氧彈充氣過程中,人員應(yīng)站在側(cè)面,一只手要始終抓住充氣閥,以免意外情況下彈蓋或閥門向上沖出,發(fā)生危險。在步驟2中用水盆調(diào)節(jié)水溫,水溫調(diào)好后應(yīng)迅速量取,不要放置時間過長,以免水溫變化過大。對棉線和鎳絲的量取不能過少也不能過多,應(yīng)當(dāng)適量3結(jié)果與討論3.1實驗數(shù)據(jù)處理3.1.1實驗室電腦數(shù)據(jù)處理方法選擇并雙擊物理化學(xué)實驗,選擇并雙擊燃燒焓測定,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焓值。這樣做是因為使內(nèi)水桶完全絕熱是很困難的,總會有內(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,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。3.1.2實驗室計算機(jī)處理結(jié)果苯甲酸被測樣品萘鎳絲0.0261g鎳絲0.0250g棉線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被測物質(zhì)燃燒焓=5095.4729kJ/mol3.1.3其他數(shù)據(jù)項目數(shù)值〔單位棉線燃燒內(nèi)能變-16736鎳絲燃燒內(nèi)能變-3243苯甲酸燃燒內(nèi)能變-26487苯甲酸在298.2K時的燃燒熱Qp＝－3226.9kJ·mol－13.2利用公式計算的數(shù)據(jù)、結(jié)果3.2.1用origin軟件擬合如下圖圖1苯甲酸電勢隨時間變化圖圖2萘的電勢隨時間變化圖由圖1和圖2可以看出：苯甲酸曲線峰高132.61mV,萘曲線峰高152.60mV。計算數(shù)據(jù)〔1先由苯甲酸曲線峰高計算儀器常數(shù)K,將實驗數(shù)據(jù)帶入公式：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：且化學(xué)反應(yīng)式：QV=-3226.0-<-0.5>*8.314*298.2/1000=-3225.7kJ/mol進(jìn)一步計算得到K=-168.43J/mv電位差〔2由K計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：C10H8<s>+12O2<g>=10CO2<g>+4H2O<l>,=-5211.5kJ/mol。3.3討論分析〔1萘摩爾燃燒焓的文獻(xiàn)值為-5153.9kJ/mol〔298.15K,101325Pa：采用計算機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到的結(jié)果為-5095.4729kJ/mol,相對偏差為1.13%；運用公式計算得到的結(jié)果為-5211.5kJ/mol,相對偏差為1.12%?？梢娪嬎憬Y(jié)果較精確?！?誤差分析：本實驗中測量步驟較多,易引起誤差；但認(rèn)為操作時誤差來源的關(guān)鍵,如燃燒未完全,內(nèi)桶未完全絕熱,調(diào)節(jié)水溫后因放置時間太久而又引起溫差等等。〔3數(shù)據(jù)擬合：此實驗中選取線段擬合非常的關(guān)鍵,因為在其他條件不變的情況下,任意改變一個點的位置,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?！?點火常出現(xiàn)問題,若點火未成功,一般有以下幾個原因：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實驗成功的關(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℃左右,溫度調(diào)節(jié)的比較準(zhǔn)確是這次實驗比較成功的主要原因。另一個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)量過大的棉線和鎳絲則在反應(yīng)中不能被忽略,也會影響實驗結(jié)果。實驗中還忽略了溫度對恒溫?zé)崛莸挠绊?。?yīng)該說這些是實驗本身的系統(tǒng)誤差,但在實驗過程中必須盡可能減少誤差。這次測定燃燒焓誤差允許在10%以內(nèi),實驗結(jié)果還是比較令人滿意的。4結(jié)論〔1通過用已知物質(zhì)苯甲酸測量,對儀器常數(shù)進(jìn)行標(biāo)定,測得待測物質(zhì)萘的燃燒焓為-5211.5kJ/mol?！?通過這個實驗,特別對雷諾圖解法有了更進(jìn)一步的了解,對數(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)實驗教學(xué)組．物理化學(xué)實驗．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)實驗編寫組.物理化學(xué)實驗.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)實驗．北京：高等教育出版社,1992．43～47.6附錄6.1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：本實驗的研究系統(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,可能引起實驗結(jié)果偏低。我們是通過雷諾圖解法校正的。2.使用氧氣應(yīng)注意那些問題？答：避免明火,充氣時應(yīng)將氣閥與充