四燃燒熱的測定

實(shí)驗四 燃燒熱的測定

【實(shí)驗?zāi)康摹?/p>

1. 通過測定萘的燃燒熱，掌握有關(guān)熱化學(xué)實(shí)驗的一般知識和技術(shù)。 2. 掌握氧彈式量熱計的原理、構(gòu)造及其使用方法。 3. 掌握高壓鋼瓶的有關(guān)知識并能正確使用。 【基本要求】

1. 了解量熱計（環(huán)境恒溫式量熱計）構(gòu)造和使用方法。 2. 掌握量熱法的原理

3. 掌握量熱法的有關(guān)技術(shù)，如用作圖法校正溫度（差），用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)定量熱計的熱容量，以及測定某些物質(zhì)的燃燒熱。 【實(shí)驗原理】

燃燒焓的定義：在指定的溫度和壓力下，一摩爾物質(zhì)完全燃燒生成指定產(chǎn)物的焓變，稱該物質(zhì)在此溫度下的摩爾燃燒焓，記作△cHm。

本實(shí)驗是在等容的條件下測定的。等壓熱效應(yīng)與等容熱效應(yīng)關(guān)系為

△cHm=△cUm+△nRT

（1）

△n是燃燒反應(yīng)方程式中氣體物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù), 產(chǎn)物取正值，反應(yīng)物取負(fù)值。燃燒熱可在恒容或恒壓條件下測定，又熱力學(xué)第一定律可知，在不做非膨脹功時，△cUm=Qv, △cHm=Qp. 在氧彈式量熱計中測定的燃燒熱是Qv,則

Qp?Qv??nRT

（2）

在盛有水的容器中放入裝有W克樣品和氧氣的密閉氧彈，使樣品完全燃燒，放出的熱量引起體系溫度的上升。根據(jù)能量守恒原理，用溫度計測量溫度的改變量，由下式求得Qv。

Qv?

M

C(T終?T始) W

，

（3）

式中，M是樣品的摩爾質(zhì)量（g.mol-1）；C為樣品燃燒放熱始水和儀器每升高1度所需要的熱量，稱為水當(dāng)量(J.K-1)。水當(dāng)量的求法是用已知燃燒熱的物質(zhì)（本實(shí)驗

用苯甲酸）放在量熱計中，測定和T始和T終，然后可測得萘的燃燒焓。 【儀器試劑】

氧彈式量熱計1套；氧氣鋼瓶(帶氧氣表)； 臺稱1只；電子天平1臺(0.0001g)。苯甲酸(A.R)； 萘(A.R)；燃燒絲；棉線。

【實(shí)驗步驟】 用環(huán)境恒溫式量熱計

1. 水當(dāng)量的測定：

(1) 儀器預(yù)熱 將量熱計及其全部附件清理干凈， 將有關(guān)儀器通電預(yù)熱。

(2) 樣品壓片 在電子臺秤上粗稱0.9～1.0g苯甲酸， 在壓片機(jī)中壓成片狀；取約10cm長的燃燒絲和棉線各一 根，分別在電子天平上準(zhǔn)確稱重；用棉線把燃燒絲綁在苯 甲酸片上，準(zhǔn)確稱重。

(3) 氧彈充氧 將氧彈的彈頭放在彈頭架上，把燃燒絲的兩端分別緊繞在氧彈頭上的兩根電極上；在氧彈中加入10mL蒸餾水（實(shí)驗中此步驟可以省略），把彈頭放入彈杯中，擰緊。

充氧時，開始先充約0.5MPa氧氣，然后開啟出口，借以趕出氧彈中的空氣。再充入1MPa氧氣，充氣約1分鐘。氧彈放入量熱計中，接好點(diǎn)火線。

(4) 調(diào)節(jié)水溫 準(zhǔn)備一桶自來水，調(diào)節(jié)水溫約低于外筒水溫1℃（也可以不調(diào)節(jié)水溫直接使用）。用容量瓶取3000mL已調(diào)溫的水注入內(nèi)筒，水面蓋過氧彈。裝好攪拌頭。

(5) 測定水當(dāng)量 打開攪拌器，待溫度稍穩(wěn)定后開始記錄溫度，每隔1分鐘記錄一次，共記錄10次。開啟“點(diǎn)火”按鈕，每隔15秒記錄一次，約記錄6~8次。當(dāng)溫度明顯升高時，說明點(diǎn)火成功，繼續(xù)每30s記錄一次；到溫度升至最高點(diǎn)后，再記錄10次，停止實(shí)驗。

停止攪拌，取出氧彈，放出余氣，打開氧彈蓋，若氧彈中無灰燼，表示燃燒完全，將剩余燃燒絲稱重，待處理數(shù)據(jù)時用。

環(huán)境恒溫式氧彈量熱計裝置

1. 彈頭； 2. 數(shù)字溫度計 2. 內(nèi)桶； 4. 空氣夾層 5.；外桶 6. 攪拌

2. 測量萘的燃燒熱 稱取0.8g～0.9g萘，重復(fù)上述步驟測定之。 【注意事項】

? 儀器先預(yù)熱，打開開關(guān)，實(shí)驗過程中不允許關(guān)閉。 ? 注意壓片機(jī)要專用。

? 充氧時注意氧氣鋼瓶和減壓閥的正確使用順序，注意開關(guān)的方向和壓力 ? 內(nèi)筒中加3000mL水后若有氣泡逸出，說明氧彈漏氣，設(shè)法排除。 ? 攪拌時不得有摩擦聲。

? 測定樣品萘?xí)r，內(nèi)筒水要更換且需調(diào)溫。

? 氧氣瓶在開總閥前要檢查減壓閥是否關(guān)好；實(shí)驗結(jié)束后要關(guān)上鋼瓶總閥，注意排凈余氣，使指針回零。

? 拔電極時注意不要拔線。 ? 第二次實(shí)驗注意擦內(nèi)筒。

【數(shù)據(jù)處理】

1. 實(shí)驗數(shù)據(jù)：

原始數(shù)據(jù)記錄：

1.燃燒絲重g； 棉線重g；苯甲酸樣品重g； 剩余燃燒絲重 g；水溫 ℃。

2. 燃燒絲重g； 棉線重g；萘樣品重g； 剩余燃燒絲重；水溫

2. 由實(shí)驗數(shù)據(jù)分別求出苯甲酸、萘燃燒前后的t始和t終。

ΔT苯甲酸＝ ΔT萘＝

3．由苯甲酸數(shù)據(jù)求出水當(dāng)量C。

Q鎳鉻絲=－1400.8J·g-1；Q棉線=－17479J·g-1。

C?

(?Um)

w苯甲酸

－Q絲w絲－Q線w線

?T

查表知：25℃時苯甲酸Qp＝-3228.0 kJ/mol 根據(jù)基爾霍夫定律：

CpH2O（l）＝75.295 J.mol-1.K-1 Cp苯甲酸＝145.2 J.mol-1.K-1

Cp O2＝J.mol-1.K-1 Cp CO2＝J.mol-1.K-1 Cp 萘＝165.3J.mol-1.K-1 對于苯甲酸△Cp＝7×37.129＋3×75.295-145.2-15/2×29.359＝120.3955 J.mol-1.K-1 對于萘

△Cp＝10×37.129＋4×75.295-165.3-12×29.359＝154.9 J.mol-1.K-1

T298

苯甲酸： ??T＝??298.15＋??CpdT Qv＝ Qp-ΔnRT＝

C?T?(?Um)

w苯甲酸M

－Q絲w絲－Q線w線

C= J/℃

4．求出萘的燃燒熱QV，換算成Qp。 對于萘QV＝ Qp＝QV＋-ΔnRT

5. 將所測萘的燃燒熱值與文獻(xiàn)值比較，求出誤差，分析誤差產(chǎn)生的原因。 萘的文獻(xiàn)值：

??T＝??T＋??CpdT

298T

相對誤差＝ 【實(shí)驗討論】

1. 環(huán)境恒溫式量熱計由雷諾曲線求得ΔT的方法如圖下圖所示。詳細(xì)步驟如下：

將樣品燃燒前后歷次觀察的水溫對時間作圖，聯(lián)成FHIDG折線(圖2-1-3)，圖中H相當(dāng)于開始燃燒之點(diǎn)，D為觀察到的最高溫度讀數(shù)點(diǎn)，作相當(dāng)于相當(dāng)于室溫（或HD的1/2）之平行線JI交折線于I，過I點(diǎn)作ab垂線，然后將FH線和GD線外延交ab線A、C兩點(diǎn)，A點(diǎn)與C點(diǎn)所表示的溫度差即為欲求溫度的升高ΔT。圖中AA′為開始燃燒到

溫度上升至室溫這一段時間Δt1內(nèi)，由環(huán)境輻射進(jìn)來和攪拌引進(jìn)的能量而造成體系溫度的升高必須扣除，CC′為溫度由室溫升高到最高點(diǎn)D這一段時間Δt2內(nèi)，體系向環(huán)境輻射出能量而造成體系溫度的降低，因此需要添加上。由此可見AC兩點(diǎn)的溫差是較客觀地表示了由于樣品燃燒致使量熱計溫度升高的數(shù)值。

有時量熱計的絕熱情況良好，熱漏小，而攪拌器功率大，不斷稍微引進(jìn)能量使得燃燒后的最高點(diǎn)不出現(xiàn)(圖2-1-4)。這種情況下ΔT仍然可以按照同樣方法校正。

圖4-1 絕熱較差時的雷諾校正圖 圖4-2 絕熱良好時的雷諾校正圖 2. 在燃燒過程中，當(dāng)氧彈內(nèi)存在微量空氣時，N2的氧化會產(chǎn)生熱效應(yīng)，在精確的實(shí)驗中，這部分熱效應(yīng)應(yīng)予校正，方法如下：用0.1mol/L NaOH 溶液滴定洗滌氧彈內(nèi)壁的蒸餾水，每毫升0.1 mol/L NaOH溶液相當(dāng)于5.983 J(放熱)。 【實(shí)驗成敗的關(guān)鍵】

（1）保證試樣完全燃燒是實(shí)驗的關(guān)鍵。 （2）氧彈點(diǎn)火要迅速果斷。

（3）測定前在氧彈內(nèi)滴幾滴蒸餾水，能使氧彈內(nèi)為水汽所飽和，又能使室溫下的反應(yīng)物之一的水蒸氣凝結(jié)為液體水。

（4）必須注意燃燒前后體系溫度的改變量在貝克曼溫度計量程內(nèi)。 【思考題】

1. 在氧彈里加10mL蒸餾水起什么作用？

2. 本實(shí)驗中，那些為體系？那些為環(huán)境？實(shí)驗過程中有無熱損耗，如何降低熱損耗？

3. 在環(huán)境恒溫式量熱計中，為什么內(nèi)筒水溫要比外筒水溫低？低多少合適？ 4. 欲測定液體樣品的燃燒熱，你能想出測定方法嗎？ 5. 說明恒容熱和恒壓熱的關(guān)系。

6. 實(shí)驗終那些因素容易造成誤差？最大誤差是哪種？提高本實(shí)驗的準(zhǔn)確度應(yīng)該從哪方面考慮？

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