物理化学实验_燃烧热的测定.pdf

物化实验报告 1 燃烧热的测定燃烧热的测定 2011011743 分 1 黄浩 （注：我原本是周六单周上午的（注：我原本是周六单周上午的 a 组，与周四单周下午组，与周四单周下午 a 组的卢策同学调课）组的卢策同学调课） 同组实验者：刘念 实验日期：2014-3-27 指导老师：郭勋 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（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：pVnRT……（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计 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物化实验报告 2 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， 就可求算该样品的恒容燃烧热 VVV rmQKTQmQmM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-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；2000ml 容量瓶 1 个；1000ml 容量瓶 1 个；水盆 1 个（容量大于3000ml） ；秒表；压片机、镍丝、棉线、万用表、分析天平、剪刀、氧气瓶及减压阀公用萘（AR） ；苯甲酸（AR） 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：22.0℃ 气压：99.46kpa 2.3 实验操作步骤及方法要点实验操作步骤及方法要点 2.3.1 仪器常数的测定仪器常数的测定 取 8cm镍丝和10cm棉线各一根,分别在分析天平上准确称量 在台秤上称量0.8g左右的苯甲酸， 在压片机上压成片状， 取出药片并轻轻去掉粘附在药片上的粉末， 用称好的棉线捆绑在药片上， 固定好 将镍丝穿入棉线， 在分析天平上准确称量 将苯甲酸片上的镍丝固定在氧弹的两根电极上， 用万用表检查是否通路 确认通路后旋紧弹盖， 通入1.0MPa氧气，然后将氧弹放入内水桶，接上点火电极 打开量热计电源， 开动搅拌， 将温度传感器置于外水套中， 观察温度显示 待温度稳定后， 记下温度 用水盆接取自来水 （大于 3000ml） ， 将温度传感器放入水盆中， 不断搅动，通过加入凉水或热水调节水温， 使温度低于外水套 0.9℃左右。

准确量取 3000ml， 倒入内桶 盖上桶盖， 将温度传感器插入内桶， 开动搅拌， 并开始记录体系温度随时间的变化情况物化实验报告 3 开始阶段走 200s 基线， 基线平稳后按下点火开关， 半分钟内温度应迅速上升 （若温度不能短时间内迅速升高， 应停止实验， 检查氧弹和仪器找出原因后再继续实验） ， 进入反应阶段，直到温度上升速度明显减慢， 进入末期， 末期走平稳后， 取出温度传感器， 放入外水套中，读出外套水温 切断电源， 取出氧弹， 放出氧弹中的气体 打开氧弹， 检查样品是否完全燃烧 若燃烧完全， 将剩余镍丝取下称重（注意： 称量剩余镍丝时， 应去除镍丝顶端熔融的小球） 当氧弹打开后， 如发现氧弹中有较多的黑色物质， 则此次实验燃烧不完全， 应重新测量 燃烧不完全最主要的愿因就是氧气的量不足 （氧弹漏气、 充氧不足、 操作失误未能冲入氧气等） ，此外样品量过大，药片松散部分脱落也可造成燃烧不完全 2.3.2 未知物测量未知物测量 取 0.6g左右的萘，同上述操作方法 2.3.3 注意事项注意事项 1、 样品要适量， 太多太少都会造成误差 棉线要绑牢药片， 否则操作过程中容易脱落。

2、 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 3、 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 结果与讨论结果与讨论 3.1 原始实验数据原始实验数据 （1）测量仪器常数 镍丝重量（燃烧前） 0.0285g 苯甲酸实际重量 0.7560g 棉线重量 0.0086g 外水套温度（燃烧前） 22.620℃ 称量苯甲酸重量 0.8362g 内筒水温（燃烧前） 21.659℃ 组装后的总重 0.7931g 镍丝重量（燃烧后） 0.0197℃ （2）未知物测量 镍丝重量（燃烧前） 0.0366g 苯甲酸实际重量 0.7255g 棉线重量 0.0187g 外水套温度（燃烧前） 22.691℃ 物化实验报告 4 称量苯甲酸重量 0.7255g 内筒水温（燃烧前） 21.744℃ 组装后的总重 0.7675g 镍丝重量（燃烧后） 0.0347℃ （3）从计算机中采集的数据表格 因该部分数据量比较大，在此略去。

3.2 计算的数据、结果计算的数据、结果 苯甲酸燃烧时的电位-时间曲线如下图所示： 萘燃烧时的电位-时间曲线如下图所示： 而在实验室中的软件测得的“燃烧焓”（但经助教确认，面板上显示的是等容燃烧热）为 -5368.2182 kJ/mol，又因为pVnRT，取 T 为反应前的温度，即 21.744℃，可得△rHm = Qp = Qv + 2RT = -5363.32 kJ/mol 5005205405605806006206406600100200300400500600700800电位/mVt/s5005506006507007500100200300400500600700800电位/mVt/s物化实验报告 5 而查得萘在 25℃下的燃烧焓为-5153.9 kJ/mol，二者的相对误差为 4.06% 3.3 讨论分析讨论分析 从结果上看，本实验的测量结果与文献值有较大误差 一方面，这可能是与反应温度的模糊引起的因为我们在实验的时候，并不是一个等温过程，因此如果从平均的角度来看，应该取升温段的中点温度作为pVnRT中的 T 值，并与该温度（而不是 25℃）下的文献值相对照，或者用克希霍夫公式进行校正，但由于我们最终只有升温曲线的电位值，缺少温度数据，而且文献值也仅有 25℃下的结果，更没有 Cp,m 的数据，无法用克希霍夫公式校正，便可能会因为温度的模糊使用而引入误差。

另一方面，也可能是由于两次测量使用的水量不同，导致两次的 K 值不同，这的确是我们实验的缺陷，当时没有注意到这个方面的问题，水量只是大约在定容线上下，应该量取地更准确一些 4 结论结论 本实验测得萘在室温附近温度的等压燃烧热为-5368.22 kJ/mol，而其等压燃烧热（即燃烧焓）为-5363.32 kJ/mol，与文献值相差 4.06% 5 参考文献参考文献 《基础物理化学实验，清华大学出版社，清华大学化学系物理化学实验室编 6 附录附录 1．本实验中如何考虑系统与环境？系统与环境通过哪些途径进行热交换？这些热交换对结果影响怎样？如何校正？ 答：本实验的系统是内水桶及其内部构件，环境是内水桶外壁之外的大环境热交换的途径包括传导、对流、辐射因为本实验的内水桶温度和外筒温度大致接近，而且升温较小，因此热交换的总量不大，但仍然需要进行雷诺校正，其校正方法见实验原理 2．使用氧气时要注意那些问题？ 答：首先应远离火源，用完及时关闭；其次，在充气过程中，应该用手按住充气阀，人员站在其侧部，防止充气阀弹起伤人 3．搅拌过快或过慢有何影响？ 答：搅拌过快可能增加摩擦生热，导致水温上升，从而燃烧热不能仅用水温上升的幅物化实验报告 6 度表示，引入误差，燃烧热测量偏大；如果搅拌过慢，则水温不均匀，温度传感器测得的温度不能完全反映整个体系的温度，产生误差。

4．氧弹中含有氮气，燃烧后生成HNO3对结果有何影响？如何校正？ 答：增加了燃烧物之后，会使得燃烧热测量值偏大从理论上说，可以不放入燃烧物，进行空白试验，即缠绕镍丝，充足氧气，计算这部分氮气的燃烧热，最后再用燃烧物的燃烧热效应减去这部分的热量但实际是否可行尚未可知，因为N2的燃烧量不会太大，这样水温上升幅度很小，仪器灵敏度可能不够当然，也可以用燃烧后生成的水珠（里面含有HNO3），通过酸碱滴定的方法也可以进行测量，并反推这部分的热效应 5．如果反应完后，剩余的镍丝丢失，可不可以忽略，为什么？ 答：镍丝的燃烧热为-3243kJ/kg，而且镍丝的用量很小，仅为 0.005g左右，这部分镍丝的燃烧热仅为 15J 左右，已经小于仪器误差了，因此完全可以忽略。