物化实验报告：燃烧热的测定-苯甲酸-萘

1华南师范大学实验报告课程名称物理化学实验实验项目燃烧热的测定【实验目的】①明确燃烧热的定义，了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的区别。②掌握量热技术的基本原理，学会测定奈的燃烧热。③了解氧弹卡计主要部件的作用，掌握氧弹量热计的实验技术。④学会雷诺图解法校正温度改变值。【实验原理】燃烧热是指1摩尔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（1）本实验采用氧弹式量热计测量蔗糖的燃烧热。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。放出热(样品+点火丝)＝吸收热(水、氧弹、量热计、温度计)量热原理—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:nTTCQmV)(12,（2）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。2图1氧弹量热计构造示意图图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（2）左边必须把点火丝燃烧所放热量考虑进去就如等式（3）：ΔT点火丝,CQmnQmV点火丝（3）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-6694.4J/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。3图4-1绝热较差时的雷诺校正图图4-2绝热良好时的雷诺校正图【实验仪器与药品】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）；药品：萘（A.R）；苯甲酸（A.R或燃烧热专用）；铁丝（10cm长）；【实验步骤】一、量热计常数K的测定。1、苯甲酸约1.0g，压片，中部系一已知质量棉线，称取洁净坩埚放置样片前后质量W1和W2。2、苯甲酸约1.0g，压片，中部系一已知质量棉线，称取洁净坩埚放置样片前后质量W1和W2。3、把盛有苯甲酸片的坩埚放于氧弹内的坩埚架上，连接好点火丝和助燃棉线。4、盖好氧弹，与减压阀相连，充气到弹内压力为1.2MPa为止。6、把氧弹放入量热容器中，加入3000ml水。7、插入数显贝克曼温度计的温度探头。8、接好电路，计时开关指向“1分”，点火开关到向“振动”，开启电源。约10min后，若温度变化均匀，开始读取温度。读数前5s振动器自动振动，两次振动间隔1min，每次振动结束读数。9、在第10min读数后按下“点火”开关，同时将计时开关倒向“半分”，点火指示灯亮。加大点火电流使点火指示灯熄灭，样品燃烧。灯灭时读取温度。10、温度变化率降为0.05°C·min-1后，改为1min计时，在记录温度读数至少10min，关闭电源。先取出贝克曼温度计，再取氧弹，旋松放气口排除废气。11、称量剩余点火丝质量。清洗氧弹内部及坩埚。二、萘的恒容燃烧热的测定1、取萘0.6g压片，重复上述步骤进行实验，记录燃烧过程中温度随时间变化的数据。【注意事项】4①为避免腐蚀，必须清洗氧弹②点火成败是实验关键。应仔细安装点火丝和坩埚。点火丝不应与弹体内壁接触，坩埚支持架不应与另一电极接触。③每次实验前均应称量坩埚。【文献值】恒压燃烧热kcal/molkJ/molJ/g测定条件苯甲酸-771.24-3226.9-26410pӨ,25℃萘-1231.8-5153.8-40205pӨ,25℃Cp，m（H2Ol）＝75.291J/mol•KCp，m（CO2g）＝37.11J/mol•KCp，m（O2g）＝29.36J/mol•KCp，m（苯甲酸s）＝146.8J/mol•KCp，m（萘s）＝165.7J/mol•K【实验数据与处理】[实验原始数据]大气压：1019.8hPa温度：26.0℃干度25.5湿度21.9相对湿度67%第一组测定的数据：苯甲酸①点火丝：0.0120g苯甲酸+点火丝（精测）：0.4994g点火后剩余：0.0083g苯甲酸净含量：0.4874g点火丝消耗质量：3.7×10-3g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(℃)128.8051929.913729.952228.9782029.9193829.951329.0582129.9273929.95429.0892229.9334029.95529.1022329.9384129.948629.1072429.9434229.947729.1082529.9464329.947829.112629.9494429.946929.2272729.9514529.9451029.4122829.9534629.94451129.5672929.9544729.9431229.6813029.9554829.9421329.7543129.9574929.9411429.8053229.9555029.9411529.8393329.9555129.941629.8633429.9545229.9391729.8843529.9545329.9381829.8983629.9535429.937第二组测定的数据：苯甲酸②点火丝：0.0126g苯甲酸+点火丝（精测）：0.4480g点火后剩余：0.0117g苯甲酸净含量：0.4354g点火丝消耗质量：9×10-4g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(℃)129.9861931.3623731.362230.4862031.3653831.36330.5862131.3683931.358430.6462231.3714031.355530.6532331.37241630.6542431.37342730.6962531.37343830.892631.37344931.0642731.373451031.1712831.373461131.2372931.373471231.2733031.371481331.2983131.37491431.3153231.369501531.333331.368511631.343431.367521731.3493531.366531831.3563631.36454第三组测定的数据：萘①点火丝：0.0126g萘+点火丝（精测）：0.4857g点火后剩余：0.0072g苯甲酸净含量：0.4731g点火丝消耗质量：5.4×10-3g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(℃)128.3151929.6663729.7256228.392029.6773829.724328.4322129.6863929.723428.4562229.6944029.722528.4572329.74129.721628.4612429.7044229.72728.5462529.714329.719828.7272629.7134429.718928.9622729.716451029.1632829.719461129.3212929.721471229.4273029.723481329.4993129.725491429.553229.726501529.583329.727511629.6133429.728521729.6343529.727531829.6513629.72654第四组测定的数据：萘②点火丝：0.0135g萘+点火丝（精测）：0.4954g点火后剩余：0.0118g苯甲酸净含量：0.4819g点火丝消耗质量：1.7×10-3g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(℃)128.3151929.6663729.725228.392029.6773829.724328.4322129.6863929.723428.4562229.6944029.722528.4572329.74129.721628.4612429.7044229.72728.5462529.714329.719828.7272629.7134429.718928.9622729.716451029.1632829.719461129.3212929.721471229.4273029.723481329.4993129.725491429.553229.726501529.583329.727511629.6133429.728521729.6343529.727531829.6513629.726547[实验数据的处理]①雷诺校正作图T1＝29.11T2＝29.957T’1＝29.1T’2＝29.931ΔT＝29.931－29.1＝0.831T1＝30.654T2＝31.373T’1＝30.648T’2＝31.373ΔT＝31.373－30.648＝0.7258T1＝28.461T2＝29.728T’1＝28.47T’2＝29.695ΔT＝29.695－28.47＝1.225T1＝27.577T2＝28.925T’1＝27.627T’2＝28.867ΔT＝28.867－27.627＝1.249②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