燃烧热实验报告Word文档格式.docx
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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、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):
(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-6694.4 J/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/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
pӨ,25℃
Cp,m(H2O,l)= 75.30 J/mol•K
Cp,m(CO2,g)= 37.13J/mol•K
Cp,m(O2,g)=29.36 J/mol•K
Cp,m(苯甲酸,s)=146.8 J/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
温度/T(℃)
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
29.197
41
29.193
6
28.484
24
29.210
42
29.188
7
28.481
25
29.219
43
29.182
8
28.474
26
29.226
44
29.178
9
28.470
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
29.232
16
28.830
34
29.226
17
28.955
35
29.221
18
29.036
36
29.218
表二
点火丝:
0.0126g
萘+点火丝(精测):
0.4857g
0.0072g
萘净含量:
0.4731g
0.0054 g
时间/t(30s每次)
时间/t(30s每次
温度/T(℃)
时间/t(30s每次)
28.315
29.666
37
29.725
2
28.390
20
29.677
38
29.724
28.432
29.686
39
29.723
28.456
22
29.694
29.722
5
28.457
23
29.700
29.721
28.461
24
29.704
42
29.720
28.546
25
29.710
29.719
8
28.727
29.713
29.718
9
28.962
27
29.716
29.163
28
29.719
11
29.321
29
29.721
29.427
30
13
29.499
31
29.725
14
29.550
29.726
29.580
33
29.727
16
29.613
29.728
17
29.634
35
29.727
18
29.651
29.726
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+
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