物化实验燃烧热的测定.docx

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物化实验燃烧热的测定

实验2燃烧热的测定

姓名：

邓晖；学号：

2010011986；班级：

材03班；同组实验人员：

覃兆童

实验日期：

2012-4-14；提交报告日期：

2012-4-27；

带实验的助教姓名：

陈双龙

1引言（简明的实验目的/原理）

1.1实验目的

1熟悉弹式量热计的原理、构造及使用方法。

2明确恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别及相互关系。

3掌握温差测量的实验原理和技术。

4学会用雷诺图解法校正温度改变值。

1.2实验原理

在指定温度及一定压力下，1mol物质完全燃烧时的定压反应热，称为该物质在此温度下的摩尔燃烧热，记作△cHm。

通常，完全燃烧是指C→CO2（g），H2→H2O（l），S→SO2（g），而N、卤素、银等元素变为游离状态。

由于在上述条件下△H＝Qp，因此△cHm也就是该物质燃烧反应的等压热效应Qp。

在实际测量中，燃烧反应在恒容条件下进行（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△cUm）。

若反应系统中的气体均为理想气体，根据热力学推导，Qp和Qv的关系为

（1）

式中：

T——反应温度，K；△n——反应前后产物与反应物中气体的物质的量之差；R——摩尔气体常数。

通过实验测得Qv值，根据上式就可计算出Qp，即燃烧热的值。

测量热效应的仪器称作量热计。

量热计的种类很多。

一般测量燃烧热用弹式量热计。

本实验所用量热计和氧弹结构如图2-2-1和图2-2-2所示。

实验过程中外水套保持恒温，内水桶与外水套之间以空气隔热。

同时，还对内水桶的外表面进行了电抛光。

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一个绝热体系。

弹式量热计的基本原理是能量守恒定律。

样品完全燃烧所释放的能量使得氧弹本身及周围的介质和量热计有关附件的温度升高。

测量介质在燃烧前后的变化值，就可求算该样品的恒容燃烧热。

（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化值；

，

——分别为棉线和点火丝的恒容燃烧热（－16736和－3243kJ·kg）

，

——分别为棉线和点火丝的质量，kg。

先燃烧已知燃烧热的物质（如苯甲酸），标定仪器常数K，再燃烧未知物质，便可由上式计算出未知物的恒容摩尔燃烧热，再根据

（1）式计算出摩尔燃烧热。

2实验操作

2.1实验用品、仪器型号及测试装置示意图

2.1.1实验用品

弹式量热计1套；2000ml容量瓶1个；1000ml容量瓶1个；水盆1个（容量大于3000ml）；电脑一台（用于采集数据）；压片机、镍丝、棉线、万用表、分析天平、剪刀、氧气瓶及减压阀公用。

萘（AR）；苯甲酸（AR）。

2.1.2仪器型号

SR-1数显热量计控制器；

氮氧式热量计。

2.1.3测试装置示意图（如图2-2-1及图2-2-3）

2.2实验条件（实验温度、湿度、压力等）

室温、常压

2.3实验操作步骤及方法要点

实验操作步骤

方法要点

1．仪器常数的测定

样品准备

取合适长度镍丝和棉线各一根,分别在分析天平上准确称量。

在台秤上称量0.8g左右的苯甲酸，在压片机上压成片状，取出药片并轻轻去掉粘附在药片上的粉末，用称好的棉线捆绑在药片上，固定好。

将镍丝穿入棉线，在分析天平上准确称量。

将苯甲酸片上的镍丝固定在氧弹的两根电极上，如图2-2-3，用万用表检查是否通路。

确认通路后旋紧弹盖，通入1.0MPa氧气，然后将氧弹放入内水桶，接上点火电极。

仪器准备

打开量热计电源，开动搅拌，将温度传感器置于外水套中，观察温度显示。

待温度稳定后，记下温度。

用水盆接取自来水（大于3000ml），将温度传感器放入水盆中，不断搅动，通过加入凉水或热水调节水温，使温度低于外水套0.8-0.9℃左右。

准确量取3000ml，倒入内桶。

燃烧测量

盖上桶盖，将温度传感器插入内桶，开动搅拌。

打开计算机选择数据采集，单击计算机界面中开始。

观察温度显示，当温度没有变化，走过一段平稳的基线后（２分钟左右），按下点火键，如果点火成功，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，直到温度没有变化（温度曲线为水平状），单击完成，并命名存盘。

停止搅拌，取出氧弹，放出燃烧废气，打开盖子，观察燃烧是否完全，取出剩余镍丝准确称量（去掉有熔融小球）。

取出并擦净氧弹，小心取下搅拌放好，将内水套桶中的水倒入水盆中，擦净水桶。

2．未知物测量

取0.6g左右的萘，同上述操作方法。

1、样品要适量，太多太少都会造成误差。

2、棉线要绑牢样片，否则操作过程中容易脱落。

3、注意检查氧弹内各个部件及点火丝，不要使电极两端短路，保证电流通过点火丝。

4、氧弹充气过程中，人员应站在侧面，一只手要始终抓住充气阀，以免意外情况下弹盖或阀门向上冲出，发生危险。

5、在步骤2中用水盆调节水温，水温调好后应迅速量取，不要放置时间过长，以免水温变化过大。

6、对棉线和镍丝的量取不能过少也不能过多，应当适量

3结果与讨论

3.1实验数据处理

3.1.1实验室电脑数据处理方法

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，点击打开，选择并打开文件，交替移动光标1和2到点火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。

两条曲线都处理完成后，点击计算处理，就可以得到被测样品的燃烧焓值。

这样做是因为使内水桶完全绝热是很困难的，总会有内外水套之间的热交换。

为了校正这部分热损失，需在升温曲线上找出与外水套温度相等的点，过此点作垂线与曲线的两条始末阶段直线的外延线相交于两点，此二点之间的距离即为校正后的△h值。

3.1.2实验室计算机处理结果

苯甲酸

被测样品萘

镍丝

0.0261g

镍丝

0.0250g

棉线

0.0129g

棉线

0.0092g

制片后总重

0.8755g

制片后总重

0.6629g

反应后镍丝质量

0.0185g

反应后镍丝质量

0.0222g

外桶温度

21.636℃

外桶温度

21.847℃

M1

122.12

M2

128.17

曲线峰高

134.6237

曲线峰高

151.5822

被测物质燃烧焓=5095.4729kJ/mol

3.1.3其他数据

项目

数值（单位）

棉线燃烧内能变

-16736

镍丝燃烧内能变

-3243

苯甲酸燃烧内能变

-26487

苯甲酸在298.2K时的燃烧热

Qp＝－3226.9kJ·mol－1

3.2利用公式计算的数据、结果

3.2.1用origin软件拟合如下图

图1苯甲酸电势随时间变化图

图2萘的电势随时间变化图

由图1和图2可以看出：

苯甲酸曲线峰高132.61mV，萘曲线峰高152.60mV。

3.2.2计算数据

（1）先由苯甲酸曲线峰高计算仪器常数K，将实验数据带入公式：

知道以下数据：

苯甲酸总质量m=0.8365g，

Mr=122.12g，

QP=-3226.9kJ/mol，

m棉线=0.0129g，

m镍丝（燃烧部分）=0.0076g；

由公式：

且化学反应式：

QV=-3226.0-（-0.5）*8.314*298.2/1000=-3225.7kJ/mol

进一步计算得到K=-168.43J/mv电位差

（2）由K计算萘的燃烧热

知道以下数据：

m=0.6287g，

Mr=128.17g，

m棉线=0.0092g,

m镍丝（燃烧部分）=0.0028g；

得到QV=-5206.6kJ。

反应方程式为：

C10H8（s）+12O2（g）=10CO2（g）+4H2O（l），

=-5211.5kJ/mol。

3.3讨论分析

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

采用计算机软件进行数据处理得到的结果为-5095.4729kJ/mol，相对偏差为1.13%；

运用公式计算得到的结果为-5211.5kJ/mol，相对偏差为1.12%。

可见计算结果较精确。

（2）误差分析：

本实验中测量步骤较多，易引起误差；但认为操作时误差来源的关键，如燃烧未完全，内桶未完全绝热，调节水温后因放置时间太久而又引起温差等等。

（3）数据拟合：

此实验中选取线段拟合非常的关键，因为在其他条件不变的情况下，任意改变一个点的位置，所得的直线差别很大，最后所算的的燃烧热差别则将进一步扩大，所以选取适当的线段拟合非常关键。

（4）点火常出现问题，若点火未成功，一般有以下几个原因：

深入弹体内部的电极和氧弹壁接触短路；

连接燃烧丝的电炉断了，应用万用表检查；

弹内氧气不足，应取出氧弹检查；

样品脱落，未燃烧成功。

（5）实验成功的关键

首先是水温的调节，要使水的温度低于外水套温度约0.6℃左右，但水加入仪器中之后

会有一定地升高，因而在调节水温的时候应该使水的温度低于外水套温度约0.6-0.7℃左右，

温度调节的比较准确是这次实验比较成功的主要原因。

另一个重要因素是棉线的选取。

棉线

的引入是造成误差的重要因素，因此应该选取少量棉线，以满足固定药片的要求即可，质量

过大的棉线和镍丝则在反应中不能被忽略，也会影响实验结果。

实验中还忽略了温度对恒温

热容的影响。

应该说这些是实验本身的系统误差，但在实验过程中必须尽可能减少误差。

这

次测定燃烧焓误差允许在10%以内，实验结果还是比较令人满意的。

4结论

（1）通过用已知物质苯甲酸测量，对仪器常数进行标定，测得待测物质萘的燃烧焓为

-5211.5kJ/mol。

（2）通过这个实验，特别对雷诺图解法有了更进一步的了解，对数据的处理有了更好的掌握等。

5参考文献

[1]北京大学化学院物理化学实验教学组．物理化学实验．北京：

北京大学出版社，2002．

44～45.

[2]清华大学化学系物理化学实验编写组.物理化学实验.北京：

清华大学出版社，

1991:

26-37.

[3]复旦大学等．物理化学实验．北京：

高等教育出版社，1992．43～47.

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进行热交换？

这些热交换

对结果影响怎样？

如何校正？

答：

本实验的研究系统是量热器内筒，环境为内筒之外的空间。

系统可选为内水桶本

身及其内部装的水、氧弹式量热器以及其中的全部药品设备、外加内水桶配套的搅拌器

等设备；环境则是外水槽及其内部装的水。

通过热辐射、热传导进行热交换，损失一部

分热量，可能引起实验结果偏低。

我们是通过雷诺图解法校正的。

2.使用氧气应注意那些问题？

答：

避免明火,充气时应将气阀与充气口充分锁紧，要缓慢加压，防止阀门因压力过大而

弹起。

加气时要注意听声音，等待气体的声音完全消失后，为了保险起见，要再等5-10s

再停止加气。

放气时小心喷出气流冲伤面部。

3.搅拌过快或过慢有何影响？

答：

过慢不利于反应热扩散，体系内温度不均，影响温度测量而过快则会因为搅拌功率过

大而对体系引进了额外的功，反而使测量结果变大。

4.氧弹中含有氮气，燃烧后生成HNO3。

对结果有何影响？

如何校正？

答：

如果没有考虑氮气，会引起结果偏高。

需要从反应的恒容燃烧热中把氮气燃烧放出的

热