燃烧热的测定实验报告华南师范大学.docx
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燃烧热的测定实验报告华南师范大学
实验报告
学生姓名学号
专业化学(师范)年级班级
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2020年10月21日
指导老师林晓明实验评分
一、实验原理
物质的标准摩尔燃烧热(焓)是指1mol物质在标准压力下完全燃烧所放出的热量。
在恒容条件下测得的1mol物质的燃烧热称为恒容摩尔燃烧热QV,m,数值上等于燃烧反应过程的热力学能的变化∆rUm;恒压条件下测得的1mol物质的燃烧热称为恒压摩尔燃烧热Qp,m,数值上等于燃烧热反应过程的摩尔焓变∆rHm。
若参加燃烧反应的是标准压力下的1mol物质,则恒压热效应即为该有机物的标准摩尔燃烧热。
若把参加反应的气体与生成的气体作为理想气体处理,则存在下列关系式。
本实验所用测量仪器为氧弹量热计,按照结构及其与环境之间的关系,氧弹量热计通常分为绝热式和外操恒温式。
量热反应测量的基本原理是能量守恒定律。
热是一个很难测定的物理量,热量的传递往往表现为温度的改变,而温度却很容易测量。
在盛有定量水的容器中,样品的物质的量为nmol,放入密闭氧弹,充氧,然后使样品完全燃烧,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、测温器件、搅拌器和水)的总热容为C(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
但是,由于一方面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;另一方面,多数物质不能自燃,必须借助电流引燃点火丝,引起物质的燃烧,因此必须要把点火丝燃烧所放热量考虑进去。
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,点火丝燃烧热为-6694.4J/g;△T为校正后的温度升高值。
仪器热容C的求法是用已知燃烧焓的物质(本实验用苯甲酸),放在量热计中燃烧,测其始、末温度,经雷诺校正后即可求出C。
再用求得的C值作为已知数求出待测物(萘)的燃烧热。
二、实验仪器与试剂
外槽恒温式氧弹卡计,数字式贝克曼温度计,压片机,氧气钢瓶,0~100℃温度计,万能电表。
铁丝,苯甲酸(A.R),萘(A.R),氧气。
三、实验步骤
1.测定氧氮卡计和水的总热容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0.8g苯甲酸,再用分析天平准确称取一根10cm左右铁丝的质量。
从模具的上面倒入己称好的苯甲酸样品,徐徐旋紧压片机的螺杆,直到将样品压成片状为止。
抽出模底的托板,再继续向下压,使模底和样品一起脱落,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,将样品放在燃烧皿中,点火丝的两端分别绑紧在氧弹中的两根电极上,旋紧氧弹盖,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。
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。
用量筒称2800mL自来水,倒入水桶内,装好搅拌轴,盖好盖子,将贝克曼温度计探头插入水中。
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,小心取出贝克曼温度计,拿出氧弹,放出氧弹中剩余气体,最后旋开氧弹盖,检查样品燃烧结果。
称量燃烧后剩下的铁丝质量。
2.萘燃烧热的测定
1称取约0.5g的萘两份,同上实验操作进行两次,求平均值。
2最后倒去自来水,擦干铜水桶待下次实验用。
四、数据处理
1.记录样品质量和点火丝质量
室温:
24.4℃大气压:
101.23KPa
点火丝质量(g)
苯甲酸+点火丝(g)
剩余点火丝(g)
苯甲酸(g)
燃烧掉的点火丝(g)
0.0163
0.6045
0.0084
0.5882
0.0079
点火丝质量(g)
萘+点火丝(g)
剩余点火丝(g)
萘(g)
燃烧掉的点火丝(g)
0.0175
0.6611
0.0088
0.6436
0.0087
2.苯甲酸的燃烧以及热容C的计算
A.数据记录
时间(t)/min
温度(T)/℃
时间(t)/min
温度(T)/℃
0.5
28.257
10.5
30.150
1
28.335
11
30.166
1.5
28.336
11.5
30.179
2
28.334
12
30.189
2.5
28.332
12.5
30.197
3
28.330
13
30.203
3.5
28.328
13.5
30.207
4
28.327
14
30.211
4.5
28.325
14.5
30.214
5
28.323
15
30.216
5.5
28.383
15.5
30.217
6
28.840
16
30.217
6.5
29.323
16.5
30.217
7
29.652
17
30.216
7.5
29.849
17.5
30.216
8
29.955
18
30.214
8.5
30.023
18.5
30.213
9
30.069
19
30.211
9.5
30.109
19.5
30.208
10
30.130
20
30.207
20.5
30.205
B.绘制图形
C.相关参数说明
Qv,苯甲酸/(J·g-1)
Q点火丝/(J·g-1)
△T/K
-26460
-6694.4
1.1501
将以上数据代入,得:
3.萘的燃烧以及Qv,萘的计算
A.数据记录
时间(t)/min
温度(T)/℃
时间(t)/min
温度(T)/℃
0.5
29.574
10.5
30.825
1
29.793
11
30.833
1.5
29.794
11.5
30.84
2
29.79
12
30.846
2.5
29.785
12.5
30.85
3
29.781
13
30.853
3.5
29.777
13.5
30.855
4
29.773
14
30.857
4.5
29.768
14.5
30.858
5
29.765
15
30.858
5.5
29.794
15.5
30.857
6
30.169
16
30.857
6.5
30.464
16.5
30.856
7
30.607
17
30.854
7.5
30.681
17.5
30.853
8
30.726
18
30.851
8.5
30.759
18.5
30.849
9
30.783
19
30.847
9.5
30.8
19.5
30.845
10
30.815
20
30.843
20.5
30.84
B.绘制图形
C.数据计算
由图可知,△T=1.9292K
由公式,可算得:
4.计算奈的恒压燃烧热
5.计算
查阅文献得知,在298.15K时,萘的标准摩尔燃烧热为5153.8kJ/mol
所以,相对误差为:
五、提问与思考
1.什么是燃烧热?
它在化学计算中有何应用?
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,为放热反应;为正,则为吸热反应。
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内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,按公式:
即可求出。
3、测量燃烧热两个关键要求是什么?
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。
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。
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。
参考文献:
[1]物理化学实验/何广平等编著.—背景:
化学工业出版社,2007.12
[2]傅献彩,沈文霞,姚天扬.物理化学[M].南京:
高等教育出版社,1990
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