《【清华】燃烧热_孙悦_2010011825【GHOE】》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【清华】燃烧热_孙悦_2010011825【GHOE】（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、燃烧热的测定 孙悦 2010011825 1 燃烧热燃烧热的测定的测定 姓名 孙悦学号 2010011825 班级 化 01 同组实验者 肖雅博 实验日期 2013 3 13 提交报告日期 2013 3 15 带实验老师 刘晓慧 1 引言引言 1 1 实验目的实验目的 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
2、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 pVQQnRT 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
3、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 燃烧热的测定 孙悦 2010011825 2 就可求算该样品的恒容燃烧热 VVV r m QKTQmQm M 棉线棉线点火丝点火丝 2 式中 m 为待测物的质量 kg rM 为待测物的摩尔质量 kg mol
4、 1 K 仪器常数 kJ 1 T 样品燃烧前后量热计温度的变化值 VQ棉线 VQ点火丝 分别为棉线和点火丝的恒容燃烧热 16736 和 3243kJ kg m棉线 m点火丝 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 实验操作实验操作 2 1 实验药品 仪器型号实验药品 仪器型号 弹式量热计 1 套 热敏电阻 1 支 约 2k 自动平衡记录仪 1 台 0 20mv 温度计 1 支 2000ml 容量瓶 1 个 3000ml 装水盆 1 个 镊子 1 把 压片机 镍
5、丝 棉线 万用表 台秤 分析天平 刷子 氧气瓶公用 分析纯的苯甲酸和萘 2 2 实验条件 实验温度 湿度 压力等 实验条件 实验温度 湿度 压力等 室温 21 6 大气压 105 09 kpa 湿度 21 0 2 3 实验操作步骤及方法要点实验操作步骤及方法要点 1 样品准备 取10cm燃烧镍丝两根和15cm棉线两根分别在分析天平上 准确称重 在台秤上粗称0 8g苯甲酸 在压片机上压成片状 取出药 片并用刷子轻轻去掉黏附在药品上的粉末 用称好的棉线绕在 药片上 将镍丝穿入棉线挂在分析天平上准确称量 将苯甲酸片上的镍丝紧拴在氧弹的两根电极上 用万用表 检查是否通路 旋紧弹盖 通入氧气至真空表不再
6、有变化 充 气后再检查是否通路与漏气 然后将氧弹放入内水桶内 打开计算机 选择数据采集 双击进入 燃烧热的测定 孙悦 2010011825 3 2 仪器准备 打开数显温度计热量计控制器中的电源 将铂电阻温度计探头放入外水套 测量外水套 水温 用水盆打一盆自来水 3L 调节水温 使水温低于外水套温度0 6 左右 用容 量瓶量取3L水倒入内水套桶中 将电极插在氧弹上 盖上盖子 打开搅拌 将铂电阻温度 计探头放入内水套桶中 3 燃烧 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 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
7、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 4 测量未知样品 取未知样品0 6g 重复上述操作 5 实验数据处理 采用计算机软件进行数据处理 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 与升温曲线的交点上
8、 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 2 4 注意事项注意事项 1 样品要适量 太多太少都会造成误差 2 棉线要绑牢药片 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 3
9、结果与讨论结果与讨论 3 1 原始实验数据原始实验数据 表表 1 1 苯甲酸和萘燃烧焓测定实验数据记录苯甲酸和萘燃烧焓测定实验数据记录 苯甲酸 萘 棉线质量 g 0 0077 0 0062 镍丝质量 g 0 0185 0 0183 药片 棉线 镍丝 g 0 8357 0 6334 药片 g 0 8095 0 6089 反应前外套温度 oC 22 227 22 466 反应终止外套温度 oC 22 409 22 591 燃烧后镍丝质量 g 0 0174 0 0178 燃烧热的测定 孙悦 2010011825 4 燃烧的镍丝质量 g 0 0011 0 0005 摩尔质量 g mol 122 12
10、128 17 表表 2 计算机处理结果计算机处理结果 苯甲酸的曲线峰高 mV 萘的曲线峰高 mV 萘的燃烧焓 kJ mol 125 9541 143 3947 5135 7735 萘摩尔燃烧焓的文献值为 5153 9 kJ mol 相对偏差为 0 35 3 2 计算的数据 结果计算的数据 结果 3 2 1 绘制燃烧过程的电压绘制燃烧过程的电压 时间曲线时间曲线 由于实际测得的量为电压随时间的变化情况 故绘出燃烧过程的电压 时间曲线 由于 温度为电压和一个常数 k 的乘积 故曲线的形状是一样的 分别如图 1 2 所示 根据实验室拷贝的电压时间数据 用 origin 作图如下 图 1 苯甲酸电压
11、时间曲线 燃烧热的测定 孙悦 2010011825 5 图 2 萘电压 时间曲线 3 2 2 按公式 按公式 2 计算出仪器常数 计算出仪器常数 K 以及萘的恒容热效应以及萘的恒容热效应 Qv 由公式 由公式 1 计算出萘的摩 计算出萘的摩 尔燃烧热 并与文献值比较 尔燃烧热 并与文献值比较 查阅 物理化学 王军民薛芳渝刘芸编 P440 附录 7 得苯甲酸和萘的燃烧焓分别为 3226 9kJ mol 1和 5153 9 kJ mol 1 25 oC 101325Pa 苯甲酸的燃烧反应为 762222 15 7 3 2 C H OsOgCOgH O l 故 0 5 cm Acm Acm A HU
12、nRTURT 由外套水温值得反应温度 T 22 227 22 409 2 22 318 0 5 cm Acm A UHRT 3226 9 0 5 8 314 273 15 22 318 10 3 3228 1 kJ mol 这里的温度 这里的温度 T 为为近似为近似为 22 3 与与 25 较为接近 较为接近 对计算结果影响不大 对计算结果影响不大 棉线燃烧内能变为 16 736kJ g 镍丝燃烧内能变为 3 243kJ g 由于 B cBVV B B m UQmQmK TKa hC h M 棉线棉线点火线点火线 故 B cBVV B B m CUQmQmh M 棉线棉线点火线点火线 3228
13、 1 0 8095 122 12 16 736 0 0077 3 243 0 0011 125 9541 0 17094 kJ mV 萘的燃烧反应为 108222 12 10 4 C HsOgCOgH O l 燃烧热的测定 孙悦 2010011825 6 同理有 cm BVV r m UC hQmQm M 棉线棉线点火线点火线 故 r cm BVV M UC hQmQm m 棉线棉线点火线点火线 0 17094 143 3947 16 736 0 0062 3 243 0 0005 128 17 0 6089 5137 43 kJ mol 由外套水温值得反应温度 T 22 466 22 591
14、 2 22 5285 2 cm Bcm B HURT 5137 43 2 8 314 273 15 22 5285 10 3 5142 35 kJ mol 萘摩尔燃烧焓的文献值为 5153 9 kJ mol 相对偏差为 0 22 3 3 讨论分析讨论分析 3 3 1 数据分析比较数据分析比较 萘摩尔燃烧焓的文献值为 5153 9 kJ mol 298 15K 101325Pa 采用计算机软件进行数据处理得到的结果为 5135 7735kJ mol 相对偏差为 0 35 运用公式计算得到的结果为 5142 35kJ mol 相对偏差为 0 22 两种数据处理方法结果相似 误差均在 0 5 以内
15、可以认为实验比较准确 误差较小 以上并没有考虑温度对燃烧焓的影响 但由于实验温度为 22 左右 与文献值 25 较 接近 故忽略温度的影响 3 3 2 误差分析及建议误差分析及建议 实验的测量值与文献值出现了一定的误差 分析其原因可能有一下几个方面 1 计算摩尔燃烧热的值需要读取外套水温来作为反应温度 而外套温度一直在变化 无 法准确测量 反应温度存在误差 故而摩尔燃烧热的计算会出现误差 2 燃烧热定义要求燃烧前后温度不变并且压力不变 然而实际实验过程是需要利用内水 桶水温的升高来进行曲线峰值的计算 属于非等温反应系统 并且从外套水温也可以看出反 应过程初始的温度是不一样的 计算过程中进行了简
16、化 认为实验反应过程温度近似不变 反应温度为外套温度的平均值 3 尽管内水桶与外水套之间以空气隔热但系统并不能做到严格绝热 热交换是存在的 具体表现为外水套的温度点火后会升高 为了减小热交换的影响 内水桶点火前水温应调节 成比外水套温度低 0 7 左右 这样测量过程中的吸热量会近似等于放热量 但是由于在 内同水倒入的过程中温度会发生变化 故温差会减少 4 两次测量中内桶中水量可能无法完全一样 这是由于在水的量取过程中对速度的要求 很高 需要以较快的速度以保证水的温度变化小 这样两次测量的 K 值实际上是不同的 5 剩余镍丝的质量测量时很有可能因为镍丝上附有有未完全燃烧的物质而仅用纸难以 完全清除 这样导致剩余镍丝质量的误差 6 操作方面不严格 例如在制作药片时应该带手套 徒手操作对样品的质量测量会带 来误差 并且在称量药片等总重之后应尽量少接触药片以免不小心碰到药片而使得药片的质 燃烧热的测定 孙悦 2010011825 7 量发生一些变化 引起误差 4 结论结论 4 1 采用计算机软件进行数据处理得到的结果为采用计算机软件进行数据处理得到的结果为 萘的燃烧焓 5135 7735 kJ
