燃烧热实验报告Word文件下载.docx

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设系统（包括水桶，氧弹本身、测温器件、搅拌器和水）的总热容为C（通常称为仪器的水当量，即量热计及水每升高1K所需吸收的热量），假设系统与环境之间没有热交换，燃烧前、后的温度分别为T1、T2，则此样品的恒容摩尔燃烧热为:

（3-5）

式中，Qvm为样品的恒容摩尔燃烧热（J·

mol-1）；

n为样品的摩尔数（mol）；

C为仪器的总热容（J·

K-1或J/oC）。

上述公式是最理想、最简单的情况。

图1氧弹量热计构造示意图图图2氧弹构造示意图

1、氧弹1－厚壁圆筒；

2－弹盖

2、水桶（量热容器）3－螺帽；

4－进气孔

3、电极4、温度计5－排气孔；

6－电极

5、搅拌器6、恒温外套8－电极（也是进气管）

但是，由于1、氧弹量热计不可能完全绝热，热漏在所难免。

因此，燃烧前后温度的变化不能直接用测到的燃烧前后的温度差来计算，必须经过合理的雷诺校正才能得到准确的温差变化。

2、多数物质不能自燃，如本实验所用萘，必须借助电流引燃点火丝，再引起萘的燃烧，因此，等式（3-5）左边必须把点火丝燃烧所放热量考虑进去就如等式（3-6）：

（3-6）

式中：

m点火丝为点火丝的质量，Q点火丝为点火丝的燃烧热，为-6694.4J/g，T为校正后的温度升高值。

仪器热容的求法是用已知燃烧焓的物质（如本实验用苯甲酸），放在量热计中燃烧，测其始、末温度，经雷诺校正后，按上式即可求出C。

雷诺校正：

消除体系与环境间存在热交换造成的对体系温度变化的影响。

方法：

将燃烧前后历次观察的贝氏温度计读数对时间作图，联成FHDG线如图２-1-2。

图中H相当于开始燃烧之点，D点为观察到最高温度读数点，将H所对应的温度T1，D所对应的温度T2，计算其平均温度，过Ｔ点作横坐标的平行线，交FHDG线于一点，过该点作横坐标的垂线a,然后将FH线和GD线外延交a线于A、C两点,A点与C点所表示的温度差即为欲求温度的升高T。

图中AA’表示由环境辐射进来的热量和搅拌引进的能量而造成卡计温度的升高，必须扣除之。

CC’表示卡计向环境辐射出热量和搅拌而造成卡计温度的降低，因此，需要加上，由此可见，AC两点的温度差是客观地表示了由于样品燃烧使卡计温度升高的数值

有时卡计的绝热情况良好，热漏小，而搅拌器功率大，不断稍微引进热量，使得燃烧后的最高点不出现，如图2-1-3，这种情况下T仍可以按同法校正之。

三、实验仪器与试剂

实验仪器：

外槽恒温式氧弹卡计（一个）；

氧气钢瓶（一瓶）；

压片机（2台）；

数字式贝克曼温度计（一台）；

0～100℃温度计（一支）；

万用电表（一个）；

扳手（一把）；

实验试剂：

萘（A.R）；

苯甲酸（A.R或燃烧热专用）；

铁丝（10cm长）；

四、实验步骤

（1）测定氧氮卡计和水的总热容量C 

①样品压片：

压片前先检查压片用钢模，若发现钢模有铁锈油污或尘土等，必须擦净后，才能进行压片，用天平称取约0.5g苯甲酸，再用分析天平准确称取一根10cm长的铁丝质量，将铁线与样品放在一起压片，然后在分析天平上准确称重。

②装置氧弹、充氧气：

拧开氧弹盖，将氧弹壁擦净，特别是电极下端的不锈钢接线柱更应擦十净，将点火丝的两端分别绑紧在氧弹中的两根电极上，选紧氧弹盖，用万用表欧姆档检查两电极是否通路，使用高压钢瓶时必须严格遵守操作规则。

将氧弹放在充氧仪台架上，拉动板乎充入氧气，为了排除氧弹的空气，应反复充放三次。

③燃烧温度的测定：

将充好氧气后，再用万用表检查两电极间是否通路，若通路将氧弹放入量热计简。

往水桶倒入约3L自来水，装好搅拌轴，盖好盖子，将贝克曼温度计探头插入水中，此时用普通温度计读出水外筒水温和水桶的水温。

接好电极，盖上盖子，打开搅拌开关。

待温度温度稳定上升后，每个半分钟读取贝克曼温度计一次，连续记录5min，得到燃烧前的温度，此刻按下点火键，仍然半分钟读数记录一次，直到温度升到最高点开始下降后仍然记录5min作为燃烧结束后期温度，方可停止实验。

实验停止后，先取出贝克曼温度计，再取氧弹，旋松放气口排除废气。

称量剩余点火丝质量。

清洗氧弹部及坩埚。

（2）萘燃烧热QV的测定 

①称取约0.5g的萘压片，重复上述实验步骤，记录燃烧过程中温度随时间变化的数据。

②最后倒去自来水，擦干铜水桶待下次实验用

五、实验记录及数据处理

文献值：

恒压燃烧热

kcal/mol

kJ/mol

J/g

测定条件

苯甲酸

-771.24

-3226.9

-26460

pӨ,25℃

萘

-1231.8

-5153.8

-40205

Cp，m（H2O,l）＝75.30J/mol•K

Cp，m（CO2,g）＝37.13J/mol•K

Cp，m（O2,g）＝29.36J/mol•K

Cp，m（苯甲酸,s）＝146.8J/mol•K

Cp，m（萘,s）＝142.2J/mol•K

Q点火丝=-6694.4J/g

实验原始数据：

（室温：

24.9℃）

表一

点火丝：

0.0133g

苯甲酸+点火丝（精测）：

0.5136g

点火后剩余：

0.0085g

苯甲酸净含量：

0.5025g

点火丝消耗质量：

0.0048g

时间/t（30s每次）

温度/T（℃）

时间/t（30s每次

1

28.466

19

29.093

37

29.213

2

28.470

20

29.132

38

29.206

3

28.473

21

29.160

39

29.200

4

28.477

22

29.182

40

29.197

5

28.480

23

41

29.193

6

28.484

24

29.210

42

29.188

7

28.481

25

29.219

43

8

28.474

26

29.226

44

29.178

9

27

29.232

45

29.173

10

28.467

28

29.236

11

28.464

29

29.241

12

28.462

30

29.245

13

28.460

31

29.242

14

32

29.239

15

28.633

33

16

28.830

34

17

28.955

35

29.221

18

29.036

36

29.218

表二

0.0126g

萘+点火丝（精测）：

0.4857g

0.0072g

萘净含量：

0.4731g

0.0054g

28.315

29.666

29.725

28.390

29.677

29.724

28.432

29.686

29.723

28.456

29.694

29.722

28.457

29.700

29.721

28.461

29.704

29.720

28.546

29.710

29.719

28.727

29.713

29.718

28.962

29.716

29.163

29.321

29.427

29.499

29.550

29.726

29.580

29.727

29.613

29.728

29.634

29.651

①雷诺校正作图：

ΔT＝T2-T1=29.309-28.474=0.835

ΔT＝T2-T1=29.695-28.470=1.225

②计算卡计的热容C，并求出两次实验所得水当量的平均值。

苯甲酸的燃烧反应方程式为：

根据基尔霍夫定律：

∴ΔCp，m＝7×

Cp，m（CO2,g）＋3×

Cp，m（H2O,l）－Cp，m（苯甲酸,s）－

Cp，m（O2,g）

＝154.6805J/mol•K

∴当室温为24.9℃时苯甲酸的燃烧焓为：

△cHm（24.9℃）＝△cHm（25.0℃）+△Cp×

△T

＝-3226.9＋154.6805×

（25.0-24.9）×

10-3

＝-3226.88kJ/mol

则：

苯甲酸的恒容摩尔燃烧热为：

QV＝△cUm＝△cHm－RT∑BVB（g）

＝-3226.88－8.314×

298.05×

（7－7.5）×

＝-3228.12kJ/mol

又：

nQV＝-C△T-QV点火线·

m点火线

∴苯甲酸燃烧的数据处理：

QV点火丝·

m点火丝＝-6694.4×

10-3×

4.8×

10-3＝-0.03213kJ

＝

＝15.946kJ/℃

③计算萘的恒容摩尔燃烧热QV，m

根据公式：

萘燃烧的数据处理：

5.4×

10-3＝-0.03615kJ

QV，m＝（-C△T-QV点火线·

m点火线）/n

＝－5302.22kJ/mol

④求萘的恒压摩尔燃烧热Qp，m（即△cHm）

萘燃烧的化学方程式为：

，

∴ΔCp，m＝10×

Cp，m（CO2,g）＋4×

Cp，m（H2O,l）－Cp，m（萘,s）－

12Cp，m（O2,g）

＝154.304J/mol•K

∴在24.9℃时萘的燃烧焓为：

△cHm（24.9℃）＝△cUm＋RT∑BVB（g）

＝－5302.22＋8.314×

（－2）×

＝－5307.176kJ/mol

⑤由基尔霍夫定律将△cHm（T）换成△cHm（298.15K），并与文献比较

△cHm（25.0℃）＝△cHm（24.9℃）＋△Cp×

＝－5307.176＋154.304×

（25.0－24.9）×

＝－5307.161kJ/mol

相对误差：

=2.97%

六、实验注意事项

1.样品压片不可太紧，否则，燃烧不充分。

2.装氧弹时，燃烧丝不能与坩埚壁有接触。

3.点火前和达到最高温度点后要保证足够的测温时间，取足测量数据。

4.实验停止后，一定要称取未燃烧完的残余点火丝的质量。

七、提问与思考

①什么是燃烧热？

它在化学计算中有何应用？

答：

在101kPa时，1mol可燃物完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热．单位为kJ/mol。

反应热中ΔH为负，则为放热反应；

为正，则为吸热反应，燃烧热为反应热的一种，其ΔH为负值含相同碳原子数的烷烃异构体中，直链烷烃的燃烧热最大，支链越多燃烧热越小。

②什么是卡计和水的热当量？

如何测得？

卡计和水当量就是量热仪筒水温每升高一度所吸收的热量（即量热计的热容量）。

单位是：

焦耳/度

测法：

用已知燃烧焓的物质（如本实验用的苯甲酸），放在量热计中燃烧，测量其始、末温度，经雷诺校正后，按下式：

即可求出。

③测量燃烧热两个关键要什么？

如何保证达到这两个要求？

实验关键：

点火成功、试样完全燃烧是实验成败关键，可以考虑以下几项技术措施：

（1）试样应进行磨细、烘干、干燥器恒重等前处理，潮湿样品不易燃烧且有误差。

压片紧实度：

一般硬到表面有较细密的光洁度，棱角无粗粒，使能燃烧又不至于引起爆炸性燃烧残剩黑糊等状。

（2）点火丝与电极接触电阻要尽可能小，注意电极松动和铁丝碰杯短路问题。

（3）充足氧（2MPa）并保证氧弹不漏氧，保证充分燃烧。

燃烧不完全，还时常形

成灰白相间如散棉絮状。

（4）注意点火前才将二电极插上氧弹再按点火钮，否则因仪器未设互锁功能，极易发生（按搅拌钮或置0时）误点火，样品先已燃烧的事故。

④实验测量到的温度差值为何要经过雷诺作图法校正，还有哪些误差来源会影响测量的结果？

实际上，热量计与周围环境的热交换无法完全避免，它对温度测量值的影响可用雷诺温度校正图校正。

还可能带来误差的可能有：

（1）实验过程中的系统误差；

（2）可能与当天的温度和气压有关；

（3）样品可能受潮使称量时产生误差；

（4）样品可能中可能含有杂质。

⑤通过燃烧热测定实验，能否自己设计实验，利用数据来判断煤、柴油、天然气哪个热值最大？

液体样品燃烧热的测定方法：

取一只预先称好重量的玻璃小球直径约, 

用注射器将样品装进小球, 

再在煤气灯上把小球的玻璃管口封死。

玻璃小球在装样前后重量之差就是液体样品的重量。

再取一片预先压好的带有点火丝的标准样品如苯甲酸, 

称重后系在氧弹的点火电极上, 

将装好样品的玻璃小球放在此样品片下面如图所示, 

充氧气后,点火, 

标准样品先燃烧, 

放出的热使玻璃小球裂开, 

此才液体样品被点燃, 

并在氧气中完全燃烧。

其余操作方法与固体样品燃烧热的测定基本类似。

此时, 

氧弹中样品燃烧放出的热量为固体标准样品、液体样品以及点火丝燃烧放热之总和。

基于固标准样品及点火丝的燃烧热是已知的, 

所以很容易计算出液体样品的燃烧热。

另外, 

在计算样品的燃烧热时, 

应考虑到玻璃球本身的热容量。

八、参考文献

[1]何广平，南俊民，艳辉等.物理化学实验[M].：

化学工业，2007.67-71 

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本才,秀成,王玉峰等.用MicrosoftExcel处理氧弹法燃烧热的实验数据[J].计算机与应用化学，2008,25（10）：

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[3] 

傅献彩，文霞，天扬等.物理化学上册（第五版）[M].：

高等教育，2005.