物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)_燃燒熱的測(cè)定

1、 燃燒熱的測(cè)定2011011743分1黃浩（注：我原本是周六單周上午的a組，與周四單周下午a組的盧策同學(xué)調(diào)課）同組實(shí)驗(yàn)者：劉念實(shí)驗(yàn)日期：2014-3-27指導(dǎo)老師：郭勛1引言實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉彈式量熱計(jì)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(cè)量的實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)。4、學(xué)會(huì)用雷諾圖解法校正溫度改變值。實(shí)驗(yàn)原理在指定溫度及一定壓力下1mol物質(zhì)完全燃燒時(shí)的定壓反應(yīng)熱稱(chēng)為該物質(zhì)在此溫度下的摩爾燃燒熱，記作通常，完全燃燒是指ccq（g）,H2H2O（1XSfSO（g），而N、鹵素、銀等元素變?yōu)橛坞x狀態(tài)。于在上述條件下H=Qp,因此QHm也就是該物質(zhì)燃燒反應(yīng)的等

2、壓熱效應(yīng)在實(shí)際測(cè)量中，燃燒反應(yīng)在恒容條件下進(jìn)行（如在彈式量熱計(jì)中進(jìn)行，）這樣直接測(cè)得的是反應(yīng)的恒容熱效應(yīng)乙（即燃燒反應(yīng)的Um）。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：0QVnRT（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(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得Qv值，根據(jù)上式就可計(jì)算出Qp，即燃燒熱的值。測(cè)量熱效應(yīng)的儀器稱(chēng)作量熱計(jì)。量熱計(jì)的種類(lèi)很多。一般測(cè)量燃燒熱用彈式量熱計(jì)。實(shí)驗(yàn)過(guò)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(shí)，還對(duì)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(cè)溫器件、攪拌器和水便近似構(gòu)成一個(gè)絕熱體系。彈式量熱

3、計(jì)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?chē)慕橘|(zhì)和量熱計(jì)有關(guān)附件的溫度升高。測(cè)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。QvKTQvmQV.mMVV棉線棉線V點(diǎn)火絲點(diǎn)火絲r式中：m為待測(cè)物的質(zhì)量，kg；Mr為待測(cè)物的摩爾質(zhì)量，kgmol-i；K儀器常數(shù)，kJC-r；T樣品燃燒前后量熱計(jì)溫度的變化值；QV棉線QV點(diǎn)火絲一分別為棉線和點(diǎn)火絲的恒容燃燒熱（T6736和一3243好kg）m棉線m點(diǎn)火絲廠分別為棉線和點(diǎn)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(jì)算出未知物的恒容摩爾燃燒熱，再根據(jù)（1）式計(jì)算出摩

4、爾燃燒熱。2實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)藥品、儀器型號(hào)彈式量熱計(jì)1套；2000ml容量瓶1個(gè)；1000ml容量瓶1個(gè)；水盆1個(gè)（容量大于3000ml）；秒表；壓片機(jī)、鎳絲、棉線、萬(wàn)用表、分析天平、剪刀、氧氣瓶及減壓閥公用。萘（AR）；苯甲酸（AR）。實(shí)驗(yàn)條件（實(shí)驗(yàn)溫度、濕度、壓力等）室溫：22.0C氣壓：99.46kpa實(shí)驗(yàn)操作步驟及方法要點(diǎn)2.3.1儀器常數(shù)的測(cè)定取8cm鎳絲和10cm棉線各一根，分別在分析天平上準(zhǔn)確稱(chēng)量。在臺(tái)秤上稱(chēng)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(chēng)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(chēng)量。將苯甲酸片上的鎳絲固定在

5、氧彈的兩根電極上，用萬(wàn)用表檢查是否通路。確認(rèn)通路后旋緊彈蓋，通入l.OMPa氧氣，然后將氧彈放入內(nèi)水桶，接上點(diǎn)火電極。打開(kāi)量熱計(jì)電源，開(kāi)動(dòng)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(lái)水（大于3000ml），將溫度傳感器放入水盆中，不斷攪動(dòng)，通過(guò)加入涼水或熱水調(diào)節(jié)水溫，使溫度低于外水套0.9C左右。準(zhǔn)確量取3000ml，倒入內(nèi)桶。蓋上桶蓋，將溫度傳感器插入內(nèi)桶，開(kāi)動(dòng)攪拌，并開(kāi)始記錄體系溫度隨時(shí)間的變化情況。開(kāi)始階段走200s基線，基線平穩(wěn)后按下點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，半分鐘內(nèi)溫度應(yīng)迅速上升（若溫度不能短時(shí)間內(nèi)迅速升高，應(yīng)停止實(shí)驗(yàn)，檢查氧彈和儀器找出原因后再繼續(xù)實(shí)驗(yàn)），進(jìn)

6、入反應(yīng)階段直到溫度上升速度明顯減慢，進(jìn)入末期，末期走平穩(wěn)后，取出溫度傳感器，放入外水套中，讀出外套水溫。切斷電源，取出氧彈，放出氧彈中的氣體。打開(kāi)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(chēng)重（注意：稱(chēng)量剩余鎳絲時(shí)，應(yīng)去除鎳絲頂端熔融的小球）。當(dāng)氧彈打開(kāi)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(cè)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(guò)大，藥片松散部分脫落也可造成燃燒不完全。未知物測(cè)量取0.6g左右的萘，同上述操作方法。注意事項(xiàng)1、樣品要適量，太多太少都會(huì)造成誤差。棉線要綁牢藥片，否則操作過(guò)程中容易脫

7、落。2、注意檢查氧彈內(nèi)各個(gè)部件及點(diǎn)火絲，不要使電極兩端短路，保證電流通過(guò)點(diǎn)火絲。氧彈充氣過(guò)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(mén)向上沖出，發(fā)生危險(xiǎn)。3、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(shí)間過(guò)長(zhǎng)，以免水溫變化過(guò)大。3結(jié)果與討論3.1原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（1）測(cè)量?jī)x器常數(shù)鎳絲重量（燃燒前）0.0285g苯甲酸實(shí)際重量0.7560g棉線重量0.0086g外水套溫度（燃燒前）22.620C稱(chēng)量本甲酸重量0.8362g內(nèi)筒水溫（燃燒前）21.659C組裝后的總重0.7931g鎳絲重量（燃燒后）0.0197C（2）未知物測(cè)量鎳絲重量（燃燒前）0.0366g苯

8、甲酸實(shí)際重量0.7255g棉線重量0.0187g外水套溫度（燃燒前）22.691C稱(chēng)量本甲酸重量0.7255g內(nèi)筒水溫（燃燒前）21.744C組裝后的總重0.7675g鎳絲重量（燃燒后）0.0347C（3）從計(jì)算機(jī)中采集的數(shù)據(jù)表格因該部分?jǐn)?shù)據(jù)量比較大，在此略去3.2計(jì)算的數(shù)據(jù)、結(jié)果而在實(shí)驗(yàn)室中的軟件測(cè)得的“燃燒焓”（但經(jīng)助教確認(rèn)，面板上顯示的是等容燃燒熱）為-5368.2182kJ/mol,又因?yàn)镼pQVnRT，取T為反應(yīng)前的溫度，即21.744C,可得厶rHm=Qp=Qv+2RT=-5363.32kJ/mol而查得萘在25C下的燃燒-5153.9kJ/mo,二者的相對(duì)誤差為4.06%3.3討

9、論分析從結(jié)果上看，本實(shí)驗(yàn)的測(cè)量結(jié)果與文獻(xiàn)值有較大誤差。一方面，這可能是與反應(yīng)溫度的模糊引起的。因?yàn)槲覀冊(cè)趯?shí)驗(yàn)的時(shí)候，并不是一個(gè)等溫過(guò)程，因此如果從平均的角度來(lái)看，應(yīng)該取升溫段的中點(diǎn)溫度作為QVnRT中的T值，并與該溫度（而不是5C）下的文獻(xiàn)值相對(duì)照，或者用克希霍夫公式進(jìn)行校正，但由于我們最終只有升溫曲線的電位值，缺少溫度數(shù)據(jù)，而且文獻(xiàn)值也僅有25C下的結(jié)果，更沒(méi)有Cp,m的數(shù)據(jù)，無(wú)法用克希霍夫公式校正，便可能會(huì)因?yàn)闇囟鹊哪：褂枚胝`差。另一方面，也可能是由于兩次測(cè)量使用的水量不同，導(dǎo)致兩次的K值不同，這的確是我們實(shí)驗(yàn)的缺陷，當(dāng)時(shí)沒(méi)有注意到這個(gè)方面的問(wèn)題，水量只是大約在定容線上下，應(yīng)該量取地

10、更準(zhǔn)確一些。結(jié)論本實(shí)驗(yàn)測(cè)得萘在室溫附近溫度的等壓燃燒熱為68.22kJ/mol而其等壓燃燒熱（即燃燒焓）為5363.32kJ/m，l與文獻(xiàn)值相差4.06%。參考文獻(xiàn)基礎(chǔ)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)，清華大學(xué)出版社，清華大學(xué)化學(xué)系物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)室編附錄本實(shí)驗(yàn)中如何考慮系統(tǒng)與環(huán)境？系統(tǒng)與環(huán)境通過(guò)哪些途徑進(jìn)行熱交換？這些熱交換對(duì)結(jié)果影響怎樣？女口何校正？答：本實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)是內(nèi)水桶及其內(nèi)部構(gòu)件，環(huán)境是內(nèi)水桶外壁之外的大環(huán)境。熱交換的途徑包括傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射。因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)的內(nèi)水桶溫度和外筒溫度大致接近，而且升溫較小，因此熱交換的總量不大，但仍然需要進(jìn)行雷諾校正，其校正方法見(jiàn)實(shí)驗(yàn)原理。使用氧氣時(shí)要注意那些問(wèn)題？答：首先應(yīng)遠(yuǎn)離火

11、源，用完及時(shí)關(guān)閉；其次，在充氣過(guò)程中，應(yīng)該用手按住充氣閥，人員站在其側(cè)部，防止充氣閥彈起傷人。攪拌過(guò)快或過(guò)慢有何影響？答：攪拌過(guò)快可能增加摩擦生熱，導(dǎo)致水溫上升，從而燃燒熱不能僅用水溫上升的幅度表示，引入誤差，燃燒熱測(cè)量偏大；如果攪拌過(guò)慢，則水溫不均勻，溫度傳感器測(cè)得的溫度不能完全反映整個(gè)體系的溫度，產(chǎn)生誤差。氧彈中含有氮?dú)?，燃燒后生成HNO3。對(duì)結(jié)果有何影響？如何校正？答：增加了燃燒物之后，會(huì)使得燃燒熱測(cè)量值偏大。從理論上說(shuō)，可以不放入燃燒物，進(jìn)行空白試驗(yàn)，即纏繞鎳絲，充足氧氣，計(jì)算這部分氮?dú)獾娜紵裏幔詈笤儆萌紵锏娜紵裏嵝?yīng)減去這部分的熱量。但實(shí)際是否可行尚未可知，因?yàn)镹2的燃燒量不會(huì)太大，這樣水溫