實(shí)驗(yàn)八 凝固點(diǎn)降低法測定摩爾質(zhì)量-2

PAGEPAGE5實(shí)驗(yàn)五燃燒熱的測定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握燃燒熱的定義，了解恒壓燃燒熱與恒容燃燒熱的差別及相互關(guān)系；2.熟悉熱量計中主要部件的原理和作用，掌握氧彈熱量計的實(shí)驗(yàn)技術(shù)；3.用氧彈熱量計測定苯甲酸和萘的燃燒熱；4.學(xué)會用雷諾圖解法校正溫度改變值。二、實(shí)驗(yàn)原理1mol物質(zhì)完全氧化時的反應(yīng)熱稱為燃燒熱。所謂完全氧化是指C→CO2(氣)，H2→H2O（液），S→SO2(氣)，而N、鹵素、銀等元素變?yōu)橛坞x狀態(tài)。如在25℃苯甲酸的燃燒熱為-3226.8kJ/mol：燃燒熱可在恒容或恒壓情況下測定。由熱力學(xué)第一定律可知：在不做非膨脹功情況下，恒容燃燒熱Qv=△U，恒壓燃燒熱Qp=△H。在氧彈熱量計中測得燃燒熱為Qv，而一般熱化學(xué)計算用Qp，兩者的關(guān)系為：Qp=Qv+△nRT(5.1)式中△n為反應(yīng)前后生成物和反應(yīng)物中氣體的摩爾數(shù)之差；R為摩爾氣體常數(shù)；T為反應(yīng)溫度(K)。氧彈熱量計的基本原理是能量守恒定律。樣品完全燃燒后所釋放的能量使得氧彈本身及其周圍的介質(zhì)和熱量計附件的溫度升高，則測量介質(zhì)在燃燒前后體系溫度的變化值，就可求算該樣品的恒容燃燒熱。其關(guān)系式如下：（5.2）式中m樣和M樣分別為樣品的質(zhì)量和摩爾質(zhì)量；Qv為樣品的恒容燃燒熱；m鐵和Q鐵是引燃鐵絲的質(zhì)量和單位質(zhì)量燃燒熱；m水和C水是以水作為測量介質(zhì)時，水的質(zhì)量和比熱容；C計稱為熱量計的水當(dāng)量，即除水之外，熱量計升高1℃所需的熱量；△T為樣品燃燒前后水溫的變化值。三、儀器試劑氧彈熱量計1套萬用表1個數(shù)字式精密溫差測量儀1臺臺秤1臺氧氣鋼瓶1只溫度計(0~50℃)1支氧氣減壓閥1只小臺鐘1只壓片機(jī)1臺燒杯(1000mL)1只電爐(500W)1個電子天平1臺塑料桶1個引燃鐵絲直尺1把苯甲酸(分析純)剪刀1把萘(分析純)四、實(shí)驗(yàn)步驟1.將熱量計及其全部附件加以整理并洗凈。2.壓片取約16cm長的燃燒絲A繞成小線圈。放在干的燃燒杯中稱量。另用臺稱稱取約0.7~0.8g的苯甲酸，把燃燒絲放在苯甲酸中，在壓片機(jī)中壓成片狀（不能壓得太緊，太緊會壓斷燃燒絲或點(diǎn)火后不能燃燒），壓好后樣品形狀如圖3.1所示。將此樣品放在燃燒杯中稱量，從而可得樣品的質(zhì)量m樣。3.充氧氣把氧彈的彈頭放在彈頭架上，將裝有樣品的燃燒杯放入燃燒杯架上，把燃燒絲的兩端分別緊繞在氧彈頭中的兩根電極上，用萬用表測量電極間的電阻值（兩電極與燃燒杯不能相碰或短路）。把彈頭放入彈杯中，用手將其擰緊。再用萬用表檢查電極之間的電阻，若變化不大，則充氧。使用高壓鋼瓶時必須嚴(yán)格遵守操作規(guī)則。開始先用少量氧氣(約0.5MPa)，然后開啟出口。借以趕走彈中空氣。然后充入氧氣(1.5MPa)。氧彈結(jié)構(gòu)見圖3.2。充好氧氣后，再用萬用表檢查兩電極間電阻，變化不大，將氧彈放入內(nèi)筒(熱量計結(jié)構(gòu)參看l圖3.3)4.調(diào)節(jié)水溫將溫差測量儀探頭放入外筒水中(環(huán)境)，調(diào)節(jié)數(shù)字顯示在“2”左右，取3000mL以上水，將溫差測量儀探頭放入水中，調(diào)節(jié)水溫，使其低于外筒水溫1K左右，用容量瓶取3000mL已調(diào)溫的水注入內(nèi)筒，水面蓋過氧彈(兩電極應(yīng)保持干燥)，如有氣泡逸出，說明氧彈漏氣，尋找原因，排除。裝好攪拌頭（攪拌時不可有金屬磨擦聲）,把電極插頭插緊在兩電極上，蓋上蓋子，將溫差測量儀探頭插入內(nèi)筒中（拔出探頭之前，記下外筒水溫讀數(shù)；探頭不可碰到氧彈）。5.點(diǎn)火檢查控制箱的開頭，注意“振動、點(diǎn)火”開頭應(yīng)在振動檔，旋轉(zhuǎn)“點(diǎn)火電源”旋鈕到最小。打開總電源開頭，打開攪拌開頭，待馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)2min~3min后，每隔0.5min讀取水溫一次(精確至±0.002℃)直至連續(xù)五次水溫有規(guī)律微小變化，把“振動、點(diǎn)火”五、實(shí)驗(yàn)注意事項1.待測樣品需干燥，受潮樣品不易燃燒且稱量有誤。2.注意壓片的緊實(shí)程度，太緊不容易燃燒。燃燒絲需壓在片內(nèi)，如浮在片子面上會引起樣品熔化而脫落，不發(fā)生燃燒。3.在燃燒第二個樣品時，內(nèi)筒水須再次調(diào)節(jié)水溫。六、數(shù)據(jù)記錄及處理表1.苯甲酸和萘燃燒熱的測定室溫：20.1℃，大氣壓：97.6kPa苯甲酸萘外筒水溫19.16℃m樣=1.0898g△T=1.974外筒水溫21.07.℃m樣=0.7073g△T=1.974內(nèi)筒水溫18.22℃m鐵=0.0356g-0.0110g內(nèi)筒水溫20.57℃m鐵=0.0591g-0.0294g外內(nèi)溫差0.94K△T=2.00K外內(nèi)溫差0.50K△T=1.94KM苯甲酸122.12g.mol-1M萘128.74g.mol-1Q鐵6.694kJ.g-1燃燒熱Qp-5080.0kJ.mol-1(測定值)燃燒熱Qp-3226.9kJ.mol-1(理論值)燃燒熱Qp-5153.8kJ.mol-1(理論值)燃燒熱Qv-3225.7kJ.mol-1(理論值)燃燒熱Qv-5075.1kJ.mol-1(測定值)W’14.475kJ.K-1(測定值)W’14.475kJ.K-1(測定值)時間t/s溫差△T/℃時間t/s溫差△T/℃時間t/s溫差△T/℃時間t/s溫差△T/℃100.0184501.764190-0.0215501.817400.0195001.869210-0.0226001.847800.0195501.931230-0.0236501.8651400.0196001.962270-0.0237001.8701900.0206501.9822800.0227101.8722500.0207001.9912900.1077301.8732600.0247501.9963000.2138501.8692800.1038002.0003100.3448801.8683000.3518601.9993300.6698901.8673200.7039001.9983400.8019001.8663401.0189101.9973500.9459101.8653601.2559401.9964001.4179201.8633801.4339601.9954501.6459301.8614001.5589801.9945001.7549501.859圖1.苯甲酸圖2.萘苯甲酸：C6H5COOH(s)+O2(g)→7CO2(g)+3H2O(l)△n=-0.5mol已知：Qp=-3226.9kJ.mol-1，Q鐵=6.694kJ.g-1Qv=Qp-△nRT=-3226.9+0.5×8.314×(273.15+19.16)/1000=-3225.7kJ.mol-1(3225.7×1.0898/122.12+6.694×0.0246)/2.00=14.475kJ.K-1萘：C10H8(s)+12O2(g)→10CO2(g)+4H2O(l)△n=-2.0molQv=-(14.475×1.94-6.694×0.0297)×128.74/0.7073=-5075.1kJ.mol-1Qp=Qv+△nRT=-5075.1-2.0×8.314×(273.15+21.07)/1000=-5080.0kJ.mol-1表1.苯甲酸和萘燃燒熱的測定室溫：20.1℃，大氣壓：97.6kPa苯甲酸萘外筒水溫19.82℃m樣=0.9910g△T=1.974外筒水溫20.35℃m樣=1.1460g△T=1.974內(nèi)筒水溫18.94℃m鐵=0.0102g-0.0078g內(nèi)筒水溫19.34℃m鐵=0.0130g-0.0091g外內(nèi)溫差0.78K△T=1.75K外內(nèi)溫差1.01K△T=2.86KM苯甲酸122.12g.mol-1M萘128.74g.mol-1Q鐵6.694kJ.g-1燃燒熱Qp-5080.0kJ.mol-1(測定值)燃燒熱Qp-3226.9kJ.mol-1(理論值)燃燒熱Qp-5153.8kJ.mol-1(理論值)燃燒熱Qv-3225.7kJ.mol-1(理論值)燃燒熱Qv-5075.1kJ.mol-1(測定值)W’14.475kJ.K-1(測定值)W’14.475kJ.K-1(測定值)時間t/s溫差△T/℃時間t/s溫差△T/℃時間t/s溫差△T/℃時間t/s溫差△T/℃10-0.0033000.793100.0783902.23440-0.0043100.921200.0844502.46280-0.0043201.008400.0894902.65390-0.0053301.094600.0935302.763100-0.0063401.183900.0966102.853120-0.0063801.4071200.0986802.917150-0.0064501.5851600.1007502.9362200.0065001.6442000.1019102.9482300.0306501.7152600.1049702.9462400.07610201.7263000.46610302.9442500.14210701.7253501.54610802.9432600.23511501.7193601.65311202.9392800.43211901.7163701.80011302.9382900.62612401.7143802.01811402.937圖1.苯甲酸圖2.萘苯甲酸：C6H5COOH(s)+O2(g)→7CO2(g)+3H2O(l)△n=-0.5mol已知：Qp=-3226.9kJ.mol-1，Q鐵=6.694kJ.g-1Qv=Qp-△nRT=-3226.9+0.5×8.314×(273.15+19.82)/1000=-3225.7kJ.mol-1