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燃烧热的测定
华南师范大学实验报告
学生姓名学号
专业年级、班级
课程名称实验项目
实验类型试验时间
实验指导老师实验评分
燃烧热的测定
【实验目的】
1、明确燃烧热的定义,了解定压燃烧热雨定容燃烧热的差别。
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。
【实验原理】
物质的标准摩尔燃烧热是指1mol物质在标准压力下完全燃烧时所放出的热量。
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),数值上等于燃烧过程热力学能变化(ΔrUm)。
在恒压条件下测得的1mol物质燃烧热称为恒压摩尔燃烧热(Qp,m),数值上等于等于燃烧过程的摩尔焓变(ΔrHm)。
若参加反应的是标准压力下1mol物质,则恒压热效应ΔrHθm即为该有机物标准摩尔燃烧热ΔcHθm。
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:
Qp,m=QV,m+(ΣVB)RT(3-4)
本实验采用氧弹热量计为测量仪器。
氧弹是一个特制的不锈钢容器,耐高温、高压、腐蚀,密封性好,是典型的恒容容器。
测定时样品应压片,防止充氧或燃烧时飞散。
量热反应测量的基本原理为能量守恒定律。
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,Qv,m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)。
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7-电极(也是进气管)
式3-5是最理想、最简单的情况。
但是,由于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。
而且多数物质不能自燃,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,式3-5左边必须把点火丝燃烧所放热量考虑进去就如下式:
(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。
虽采取了多种措施,但热漏还是无法完全避免,因此,温度变化值必须经过雷诺校正。
【仪器与试剂】
1.仪器
SHR-15氧弹量热计1台;SWC-ⅡD精密温度温差仪1台;压片机1台;充氧器1台;氧气钢瓶1个;1~100℃温度计一支;万能电表一个
2.试剂
点火丝、苯甲酸(AR);萘(AR)
【实验步骤】
1、测定氧氮卡计和水的总热容量
(1)样品压片:
用天平称取约苯甲酸,再用分析天平准确称取一根铁丝质量,从模具的上面倒入己称好的苯甲酸样品,压片。
在分析天平上准确称重。
分别准确称量记录好数据,即可供燃烧热测定用。
(2)装置氧弹、充氧气:
拧开氧弹盖,将氧弹内壁擦净,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,将氧弹放在充氧仪台架上,打开充气阀,充入氧气,再放清氧弹内气体,重复三次充放步骤。
最后用万用表欧姆档检查两电极是否通路。
(3)燃烧温度的测定:
将氧弹放入量热计内简。
用量筒称2800mL自来水,倒入水桶内,盖好盖子,此时用普通温度计读出水温。
接好电极,盖上盖了,打开搅拌开关。
将普通温度计取出换上贝克曼温度计待温度稳定上升后,每隔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。
(4)实验停止后,取出贝克曼温度计,拿出氧弹,放气,开盖,检查是否燃烧完全,取出剩余点火丝称重,倒水,擦干设备。
2、萘燃烧热Qv的测定
(1)称取约的萘,同上实验操作进行。
(2)最后倒去自来水,擦干铜水桶待下次实验用
【数据处理】
室温:
℃
查文献可知:
QV(苯甲酸,s)=-26460J/g
1.图解法求△T,计算卡计热容C
苯甲酸+点火丝
点火丝
实验后点火丝
苯甲酸
损耗点火丝
苯甲酸的燃烧温度时间表(每半分钟记录一次)
时间/
温度T(℃)
时间(t)/min
温度T(℃)
时间(t)/min
温度T(℃)
1
15
29
2
16
30
3
17
31
4
18
32
5
19
33
6
20
34
7
21
35
8
22
36
9
23
37
10
24
38
11
25
39
12
26
40
13
27
41
14
28
使用origin制得温差校正图
—=℃
由公式
得:
C=J/℃
2.计算萘的恒容摩尔燃烧热
萘+点火丝
点火丝
实验后点火丝
萘
损耗点火丝
时间/
温度T(℃)
时间(t)/min
温度T(℃)
时间(t)/min
温度T(℃)
1
15
29
2
16
30
3
17
31
4
18
32
5
19
33
6
20
34
7
21
35
8
22
36
9
23
37
10
24
38
11
25
39
12
26
40
13
27
41
14
28
42
使用origin制得温差校正图
—=℃
由公式
得:
QV,m=-J/g=-kJ/mol
3.计算萘的恒压摩尔燃烧热
反应方程式:
代入Qp,m=QV,m+(ΣVB)RT解得:
Qp,m=kJ/mol
即℃时萘的燃烧焓为:
△cHm(℃)=kJ/mol
4.由基尔霍夫定律将△cHm(T)换成△cHm(),并与文献比较
Cp,m(CO2,g)=J/molKCp,m(H2O,l)=J/molK
Cp,m(萘,s)=J/molKCp,m(O2,g)=J/molK
ΔCp,m=10×Cp,m(CO2,g)+4×Cp,m(H2O,l)-Cp,m(萘,s)-12Cp,m(O2,g)
=J/molK
△cHm(℃)=△cHm(℃)+△Cp×△T
=-+×-×10-3
=-kJ/mol
文献值为:
kJ/mol
相对误差为(-+/(-=-%
误差分析:
产生误差的原因除了仪器误差之外,主要还有以下几个方面:
1.使用雷诺图解法时,要做切线,切线分别表示正常温度上升和量热系统温度降低,切线拟合的结果对ΔT的影响很大,故雷诺作图时会引入误差。
2.萘为易挥发性物质,挥发损失一定的质量,给实验带来误差。
3.氧弹内可能存在少量空气,空气中N2氧化生成硝酸会产生热量,引入误差。
4.量取水使用的2000mL量筒的称量误差较大,两次量水的体积可能不同,从而造成系统的总热容C不一样。
【提问与思考】
1、什么是燃烧热它在化学计算中有何应用
答:
在标准压力下时,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。
在化学计算中,可用于求反应热。
2、什么是卡计和水的热当量如何测得
答:
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,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求是什么如何保证达到这两个要求
答:
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:
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。
②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。
③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。
④充足氧并保证氧弹不漏氧,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、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
答:
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]何广平,南俊民,孙艳辉.基础化学实验——物理化学实验[M].北京:
化学工业出版社,2008
(2):
67-71.
[2]G.斯塔克,.华莱士着,杨厚昌译.化学数据手册[M].石油工业出版社,1980:
93.
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