燃烧热实验报告.docx

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燃烧热实验报告

燃烧热实验报告

————————————————————————————————作者:

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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（℃）

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

28.47４

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

点火后剩余:

0.0072ｇ

萘净含量:

0．４73１g

点火丝消耗质量:

０．０054　g

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（℃）

1

2８．315

1９

2９.666

３７

29.725

2

2８.３90

2０

29．67７

38

29.7２4

3

28.432

21

29.686

39

29.723

４

２8.456

22

２9．6９4

40

２9.722

５

28.457

２３

29.700

41

2９.721

6

２８.４６１

２４

２９.704

４２

2９.7２0

7

28.546

２5

２９.710

4３

29．7１9

8

28.７27

26

29.７1３

44

２9.71８

9

28.962

27

２9.71６

10

2９.163

２8

２９.7１9

11

２9.３21

29

29.７21

12

29.427

3０

29.723

１３

29．499

３1

2９.72５

14

29.５5０

32

２9.７２６

15

29.58０

３3

29.727

1６

29.6１３

３4

29．728

17

29.634

３５

29.７２7

１８

2９．６51

36

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+