燃烧焓的测定物化实验.docx

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燃烧焓的测定物化实验

实验四燃烧焓的测定之吉白夕凡创作

创作时间：

二零二一年六月三十日

冷向星2010011976材03班（同组实验者：

李琦）

实验日期：

2012-4-5

带实验的老师姓名：

陈春

1引言

有机化合物的生成焓难以直接从实验中测定,然而有机化合物易于燃烧,含碳、氢和氧等三种元素的有机化合物完全燃烧时生成二氧化碳和水.从有机化合物燃烧的热效应数据也可以估算反应热效应.

通常燃烧焓在等容条件下测定（即称为“氧弹”的不锈钢容器中燃烧）,所得数据为

值,经换算后可得出

值.

1．使用弹式量热计测定萘的燃烧焓.

2．了解量热计的原理和构造,掌握其使用方法.

3．掌握热敏电阻测温的实验技术.

当产物的温度与反应物的温度相同,在反应过程中只做体积功而不做其它功时,化学反应吸收或放出的热量,称为此过程的热效应,通常亦称为“反应热”.热化学中界说:

在指定温度和压力下,一摩尔物质完全燃烧成指定产物的焓变,称为该物质在此温度下的摩尔燃烧焓,记作ΔCHm.通常,C、H等元素的燃烧产物分别为CO2（g）、H2O（l）等.由于上述条件下ΔH=Qp,因此ΔCHm也就是该物质燃烧反应的等压热效应Qp.

在实际丈量中,燃烧反应常在恒容条件下进行（如在弹式量热计中进行）,这样直接测得的是反应的恒容热效应QV（即燃烧反应的摩尔燃烧内能变ΔCUm）.若反应系统中的气体物质均可视为理想气体,根据热力学推导,ΔCHm和ΔCUm的关系为:

（1）

丈量热效应的仪器称作量热计,量热计的种类很多,一般丈量燃烧焓用弹式量热计.本实验是用氧弹式量热计进行萘的燃烧焓的测定,结构如图1.实验过程中外水套坚持恒温,内水桶与外水套之间以空气隔热.同时,还把内水桶的外概况进行了电抛光.这样,内水桶连同其中的氧弹、测温器件、搅拌器和水便近似构成了一个绝热系统.

将待测燃烧物质装入氧弹中,充入足够的氧气.氧弹放入装有一定量水的内桶中,盖好外桶盖.以电控部份各开关控制搅拌并实现燃烧焚烧,用热敏电阻作为测温元件,用电子自动平衡记录仪连续记录内桶水温度的变动.

当某样品连同辅助物质棉线、金属丝燃烧后,下式成立：

（2）

式中：

m——为待测物的质量,kg；

——为待测物的摩尔质量,kg·mol-1；

——仪器常数,kJ·℃－1；

——样品燃烧前后量热计温度的变动值；

——分别为棉线和焚烧丝的恒容燃烧热（－16736和－3243kJ/kg）

——分别为棉线和焚烧丝的质量,kg；先燃烧已知燃烧焓的物质（如苯甲酸）,标定仪器常数K,再燃烧未知物质,即可由上式计算出摩尔燃烧内能变.

2实验把持

2.1实验药品、仪器型号

弹式量热计1套；热敏电阻1支（约2kΩ）；自动平衡记录仪1台（0—20mv）；温度计1支；2000ml容量瓶1个；1000ml容量瓶一个；容积年夜于3L装水盆1个；镊子1把.压片机、镍丝、棉线、万用表、台秤、分析天平、刷子、氧气瓶公用.

分析纯的苯甲酸和萘.

2.2实验条件（实验温度、湿度、压力等）

温度：

℃

1,样品准备

取镍丝两根和棉线两根分别在分析天平上准确称重.

在台秤上粗称0.8g苯甲酸,在压片机上压成片状,取出药片并轻轻去失落黏附在药品上的粉末,用称好的棉线绕在药片上,将镍丝穿入棉线挂在分析天平上准确称量.

将苯甲酸片上的镍丝紧拴在氧弹的两根电极上.用万用表检查是否通路,旋紧弹盖.通入氧气至真空表不再有变动.充气后再检查是否通路与漏气,然后将氧弹放入内水桶内.

翻开计算机,选择数据收集,双击进入.

2,仪器准备

翻开数显温度计热量计控制器中的电源,将铂电阻温度计探头放入外水套,丈量外水套水温.用水盆打一盆自来水（体积＞3L）,调节水温,使水温低于外水套温度0.7℃左右,用容量瓶量取3L水倒入内水套桶中,将电极插在氧弹上,盖上盖子,翻开搅拌,将铂电阻温度计探头放入内水套桶中.

3,燃烧

单击计算机界面中开始.观察温度显示,当温度没有变动,走过一段平稳的基线后（２分钟左右）,按下焚烧键,如果焚烧胜利,过半分钟左右温度应升高.温度不再升高后,继续记录一段水平线,再将铂电阻温度计探头放入外水套中,直到温度没有变动（温度曲线为水平状）,单击完成,并命名存盘.

4,丈量未知样品

取萘约0.6g,重复上述把持.

1,称取样品不成过量,否则会升温过高,记录信号超越量程.

2,氧弹充气后一定要检查确信其不漏气,而且要再次检查两电极间是否通路.

3,将氧弹放入量热仪前,一定要先检查焚烧控制键是否位于“关”的位置.焚烧结束后,即将其关失落.

4,氧弹充气把持过程中,人应站在正面,以免意外情况下弹盖或阀门向上冲出,发生危险.

3结果与讨论

原始实验数据

表格1苯甲酸和萘燃烧焓测定实验数据记录

苯甲酸

萘

棉线质量（g）

镍丝质量（g）

燃烧后镍丝质量（g）

燃烧的镍丝质量（g）

药片＋棉线＋镍丝（g）

药片（g）

外套水温（oC）

摩尔质量（g/mol）

内外套水温在变动中,故所记录温度不为精确值.

3.2实验数据处置

1.利用实验室计算机处置

选择并双击物理化学实验,选择并双击燃烧焓测定,输入镍丝、棉线、剩余镍丝、总质量及标准只样品和被测样品的摩尔质量,点击翻开,选择并翻开文件,交替移动光标1和2到焚烧前一段平稳的基线位置,点击线性拟合1,交替移动光标1和2到完全燃烧后温度不变的位置（水平线位置）,点击线性拟合2,交替移动光标移动到外套水温曲线位置,点击线性拟合3,移动光标,将绿色光标放在拟和曲线３与升温曲线的交点上,蓝色光标放在升温曲线上的任何位置,点击计算△H；如果线性拟合交点不理想,点击刷新,移动光标重新拟合.确定后,点击提交,峰高值就会显示出来.两条曲线都处置完成后,点击计算处置,就可以获得被测样品的燃烧焓值.

经计算机处置得QV=-5362.0667kJ/mol,

2.利用Origin处置数据

将苯甲酸组的数据作图并拟合,获得：

图2苯甲酸数据处置图

将萘组数据作图并拟合,获得：

图3萘数据处置图

可获得苯甲酸曲线峰高127.83mv,萘曲线峰高147.41mv.

计算的数据、结果

将数据代入公式：

其中：

m=81g,

Mr,

QV=-3326.0kJ/mol,

m棉线=162g,

m镍丝（燃烧部份）=41g；

由公式：

可以求得Qv=-3324.8kJ/mol.获得K=-170.08J/mv.

再将K值代入公式,求萘的燃烧焓

m=990g,

Mr=128.17g,

m棉线=154g,

m镍丝（燃烧部份）=79g；

获得QV=-5303.91kJ.

反应方程式为：

C10H8（s）+12O2（g）=10CO2（g）+4H2O（l）,

=-5308.87kJ/mol.

讨论分析

萘摩尔燃烧焓的文献值为-5153.9kJ/mol（298.15K,101325Pa）：

采纳计算机软件进行数据处置获得的结果为,相对偏差为4.14%；

运用公式计算获得的结果为,相对偏差为3.01%,两种数据处置方法结果相似,误差均在5%以内.

丈量值与理论值呈现了一定的误差,分析其中原因,主要有以下几个方面：

1,反应温度（外水套温度）一直处于变动之中,无法精确丈量,故计算的摩尔燃烧焓的实际值与文献值略有不同.

2,燃烧焓的界说中要求燃烧前后温度不变,实验中却是需要利用内水桶水温的升高来进行曲线峰值的计算,属于非等温反应系统.在计算方法上进行了简化,认为温度近似不变.

3,尽管内水桶与外水套之间以空气隔热但系统其实不能做到严格绝热,热交换是存在的,具体暗示为外水套的温度焚烧后会升高.为了减小热交换的影响,内水桶焚烧前水温应调节成比外水套温度低0.7℃左右（这样丈量过程中的吸热量会近似即是放热量）.可是由于在内同水倒入的过程中温度会发生变动,故温差会减少.在本次试验中两组实验的温差都小于℃,招致曲线峰高变年夜,招致测定的燃烧焓偏年夜.

4,把持方面不严格,例如在制作药片时应该带手套,徒手把持对样品的质量丈量会带来误差.

5,氧弹中除氧气外还有一部份空气,空气中的氮气也会燃烧放热,但在本实验中并未校正.

无异常现象.

4结论

萘的燃烧焓=

萘的燃烧焓=

5参考文献

《基础物理化学实验》（贺德华麻英张连庆编,高等教育出书社,2008）

6附录

6.1思考题

1．本实验中如何考虑系统与环境？

系统与环境通过哪些途径热交换？

这些热交换结果影响怎样？

如何校正？

内水桶以内为系统,具体包括氧弹、测温器件、搅拌器和水,近似为绝热系统.

内水桶以外的外水桶和水为环境.

系统和环境通过内外水桶之间的空气对流进行热交换.这些热交换使得环境吸收系统的热量,系统升温变慢.可以通过雷诺法校正.

2．使用氧气时要注意那些问题？

（1）气瓶应专瓶专用,不能随意改装,各种气压表一般不得混用；

（2）气瓶应寄存在阴凉、干燥、远离热源的处所,氧气是强助燃气体,气瓶与明火距离不小于5米；

（3）搬运气瓶时要轻要稳,放置要牢靠；

（4）把持时氧气瓶严禁油污；

（5）不成将气体气瓶内用尽,以防倒灌；

（6）开启气门时应站在气压表的一侧,禁绝将气瓶总阀瞄准头或身体,以防万一阀门或气压表冲出伤人.

（7）充气时应锁紧气阀,缓慢充气,直到没有响声,气压暗示数稳定一段时间.

3.搅拌过快或过慢有什么影响？

4．实验中硝酸的生成对结果有何影响?

如何校正？

硝酸生成主要是氧弹中剩余的空气中氮气被氧化并溶于水,则相当于发生反应：

总反应放热,仪器常数K会增年夜,忽略硝酸的生成将使测得的燃烧焓数据偏年夜.

校正：

利用两个已知燃烧焓的物质.利用其中一个算出K值,再用这个K值去测另一个的燃烧焓.用测得的数据与理论值相比力,其中的偏差就是由氮气等其他物质反应造成的.利用这个偏差去矫正最后的燃烧焓.

2.如果反应完后,剩余镍丝丧失,可不成以忽略,为什么？

镍丝质量不到0.01g,燃烧时放出热量不到1J,可以忽略.

创作时间：

二零二一年六月三十日