燃烧热实验报告

第1页共10页华南师范大学实验报告学生姓名曾庆瑜学号20142401036专业化学（师范）年级、班级2014级化教六班课程名称物理化学实验实验项目燃烧热的测定实验类型□验证□设计□综合实验时间2016年12月12日实验指导老师林晓明实验评分一、实验目的1、明确燃烧热的定义，了解定压燃烧热与定容燃烧热的差别。2、掌握量热技术的基本原理；学会测定萘的燃烧热3、了解氧弹量热计的主要组成及作用，掌握氧弹量热计的操作技术。4、学会雷诺图解法校正温度改变值。二、实验原理燃烧热是指1mol物质完全燃烧时所放出的热量。在恒容条件下测得的燃烧热称为恒容燃烧热（Ov），恒容燃烧热这个过程的内能变化（ΔU）。在恒压条件下测得的燃烧热称为恒压燃烧热（Qp），恒压燃烧热等于这个过程的热焓变化（ΔH）。若把参加反应的气体和反应生成的气体作为理想气体处理，则有下列关系式：cHm=Qp＝Qv＋ΔnRT（3-4）本实验采用氧弹式量热计测量萘的燃烧热。测量的基本原理是将一定量待测物质样品在氧弹中完全燃烧，燃烧时放出的热量使卡计本身及氧弹周围介质（本实验用水）的温度升高。氧弹是一个特制的不锈钢容器（如图）为了保证化妆品在若完全燃烧，氧弹中应充以高压氧气（或者其他氧化剂），还必须使燃烧后放出的热量尽可能全部传递给量热计本身和其中盛放的水，而几乎不与周围环境发生热交换。但是，热量的散失仍然无法完全避免，这可以是同于环境向量热计辐射进热量而使其温度升高，也可以是由于量热计向环境辐射出热量而使量热计的温度降低。因此燃烧前后温度的变化值不能直接准确测量，而必须经过作图法进行校正。量热反应测量的基本原理是能量守恒定律，在盛有定水的容器中，样品物质的量为n摩尔，放入密闭氧弹充氧，使样品完全燃烧，放出的热量传给水及仪器各部件，引起温度上升。设系统（包括内水桶，氧弹本身、测温器件、搅拌器和水）的总热容为C（通常称为仪器的第2页共10页水当量，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:nTTCQmV)(12,（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、内水桶（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）：ΔT点火丝,CQmnQmV点火丝（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。第3页共10页雷诺校正：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。图4-1绝热较差时的雷诺校正图图4-2绝热良好时的雷诺校正图三、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）；第4页共10页四、实验步骤（1）测定氧氮卡计和水的总热容量C①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，将氧弹内壁擦净，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，为了排除氧弹内的空气，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内简。往水桶内倒入约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内的水温。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。清洗氧弹内部及坩埚。（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/molkJ/molJ/g测定条件苯甲酸-771.24-3226.9-26460pӨ,25℃萘-1231.8-5153.8-40205pӨ,25℃Cp，m（H2O,l）＝75.30J/mol•KCp，m（CO2,g）＝37.13J/mol•KCp，m（O2,g）＝29.36J/mol•KCp，m（苯甲酸,s）＝146.8J/mol•KCp，m（萘,s）＝142.2J/mol•KQ点火丝=-6694.4J/g实验原始数据：（室温：24.9℃）第5页共10页表一点火丝：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每次温度/T(℃)时间/t(30s每次)温度/T(℃)128.4661929.0933729.213228.4702029.1323829.206328.4732129.1603929.200428.4772229.1824029.197528.4802329.1974129.193628.4842429.2104229.188728.4812529.2194329.182828.4742629.2264429.178928.4702729.2324529.1731028.4672829.2361128.4642929.2411228.4623029.2451328.4603129.2421428.4743229.2391528.6333329.2321628.8303429.2261728.9553529.2211829.0363629.218表二点火丝：0.0126g萘+点火丝（精测）：0.4857g点火后剩余：0.0072g萘净含量：0.4731g点火丝消耗质量：0.0054g时间/t(30s每次)温度/T(℃)时间/t(30s每次温度/T(℃)时间/t(30s每次)温度/T(℃)128.3151929.6663729.725228.3902029.6773829.724328.4322129.6863929.723428.4562229.6944029.722第6页共10页528.4572329.7004129.721628.4612429.7044229.720728.5462529.7104329.719828.7272629.7134429.718928.9622729.7161029.1632829.7191129.3212929.7211229.4273029.7231329.4993129.7251429.5503229.7261529.5803329.7271629.6133429.7281729.6343529.7271829.6513629.726①雷诺校正作图：ΔT＝T2-T1=29.309-28.474=0.835第7页共10页ΔT＝T2-T1=29.695-28.470=1.225②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：1molJ93226HlOH3gCO7O215sOHC222267/k.-),()()g()(mc△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）－215Cp，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第8页共10页则：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)×10-3＝-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,nQ-TQmvCm丝丝＝8350.)-0.03213()-3228.12(122.120.5025＝15.946kJ/℃③计算萘的恒容摩尔燃烧热QV，m根据公式：nQV＝-C△T-QV点火线·m点火线则：萘燃烧的数据处理：QV点火丝·m点火丝＝-6694.4×10-3×5.4×10-3＝-0.03615kJQV，m＝（-C△T-QV点火线·m点火线）/n＝128.180.47310.03615.15.946-2251＝－5302.22kJ/mol④求萘的恒压摩尔燃烧热Qp，m（即△cHm）萘燃烧的化学方程式为：10822212104CHsOgCOgHOl()2BBg，根据基尔霍夫定律：∴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＋8.314×298.05×（－2）×10-3＝－5307.176kJ/mol⑤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×△T＝－5307.176＋154.304×(25.0－24.9)×10-3＝－5307.161kJ/mol相对误差：%.|).(5307.161|1009515395153=2.97%第9页共10页六、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