实验3 燃烧热的测定.docx
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1、燃烧热的测定摘要:燃烧热是一摩尔物质完全燃烧时所放出的热量。热是一个很难直接测量的物理量,通常通过测量温度的变化来推算热量的变化,这就是恒温氧弹式量热计等测量工具的原理。本实验采用恒温氧弹式量热计测定萘的恒容燃烧热U,并通过热力学定律H = U + nRT推算萘的恒压燃烧热H,将所得数据与标准数据对比。同时,通过雷诺图解法校正温度的变化,以获得更准确的燃烧热。关键词:燃烧热氧弹萘雷诺校正图 恒容燃烧热 恒压燃烧热Determination of the Heat of bustionMingXuan ZhangPB15030833Abstract:The heat of bustion is
2、the heat released when one mole of substance is pletely busted. Usually, heat is difficult to measure directly, so we could measure it through measuring the changes of study, via using heated oxygen bomb calorimeter we want to determinate the Constant-volume bustion heat of naphthalene(U), by the la
3、ws of thermodynamics H = U + nRT , we could get Constant-pressure bustion heat of naphthalene(U), then pare them with standard data.For higher precision, we correct the temperature change by a Reno plot to make up the heat conduction between the system and environment.Keywords:Heat of bustionOxygen
4、bombNaphthaleneReno Plot Constant-Volume bustion Heat Constant-Pressure bustion Heat1. 前言燃烧热是指物质与氧气进行完全燃烧反应时放出的热量。它一般用单位物质的量、单位质量或单位体积的燃料燃烧时放出的能量计量。燃烧反应通常是烃类在氧气中燃烧生成二氧化碳、水并放热的反应。燃烧热可以用弹式量热计测量,也可以直接查表获得反应物、产物的生成焓再运算求得。量热计也称量热仪、量热器或卡计,是一种测量突然发生物理的或化学的过程热效应的仪器。例如,用于测定物质的热容及各种反应热(如中和热、燃料与食物的燃烧值、有机化合物的燃烧
5、热等)。氧弹式量热计有自动量热仪、微机全自动量热仪等。量热西荣由氧弹、内筒、外筒、温度传感器、搅拌器、点火装置、温度测量和控制系统以及水构成。本次实验我们通过在恒温氧弹式量热计(恒温氧弹卡计)中进行燃烧反应,观察燃烧过程中体系温度的变化,然后根据公式极酸得到样品燃烧放出的热量。根据这一热量我们便可求出物质的燃烧热。2. 实验部分2.1. 实验目的1 用氧弹卡计测定萘的燃烧热。2 了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的区别。3 了解卡计中主要部分的作用。掌握卡计的实验技术。4 学会用雷诺图解法校正温度变化。2.2. 实验原理1.燃烧热燃烧热的定义是:一摩尔的物质完全燃烧时所放出的热量。所谓完全燃烧,即组成
6、反应物的各元素,在经过燃烧反应后,必须呈显本元素的最高化合价。如C经燃烧反应后,变成CO,不能认为是完全燃烧。只有在变成CO2时,方可认为是完全燃烧。同时还必须指出,反应物和生成物在指定的温度下都属于标准态。如苯甲酸在298.15K时的燃烧反应过程为: C6H5COOH(固)+O2(气)=7CO2(气)+3H2O(液)由热力学第一定律,恒容过程的热效应QV,即DU。恒压过程的热效应QP,即DH。它们之间的相互关系如下:QP=QV+Dn(RT) (1)或DH=DU+Dn(RT) (2)其中Dn为反前后气态物质的物质的量之差。R为气体常数。T为反应的绝对温度。本实验通过测定萘完全燃烧时的恒容燃烧热
7、,然后再计算出萘的恒压燃烧DH。在计算萘的恒压燃烧热时,应注意其数值的大小与实验的温度有关,其关系式为:(3)式中的DrCP是反应前后的恒压热容之差,它是温度的函数。一般说来,反应的热效应随温度的变化不是很大,在较小的温度X围内,我们可以认为它是一常数。热是一个很难测定的物理量,热量的传递往往表现为温度的改变。而温度却很容易测量。如果有一种仪器,已知它每升高一度所需的热量,那么,我们就可在这种仪器中进行燃烧反应,只要观察到所升高的温度就可知燃烧放出的热量。根据这一热量我们便可求出物质的燃烧热。在实验中我们所用的恒温氧弹量热计(恒温氧弹卡计)就是这样一种仪器。为了测得恒容燃烧热,我们将反应置于一
8、个恒容的氧弹中,为了燃烧完全,在氧弹内充入20个左右大气压的纯氧。这一装置的构造将在下面做详细介绍。为了确定量热卡计每升高一度所需要的热量,也就是量热计的热容,可用通电加热法或标准物质法。本实验用标准物质法来测量量热卡计的热容即确定仪器的水当量。这里所说的标准物质为苯甲酸,其恒容燃烧时放出的热量为26460 Jg-1。实验中将苯甲酸压片准确称量并扣除Cu-Ni合金丝的质量后与该数值的乘积即为所用苯甲酸完全燃烧放出的热量。Cu-Ni合金丝燃烧时放出的热量及实验所用O2气中带有的N2气燃烧生成氮氧化物溶于水,所放出的热量的总和一并传给卡计使其温度升高。根据能量守恒原理,物质燃烧放出的热量全部被氧弹
9、及周围的介质(本实验为3000毫升水)等所吸收,得到温度的变化为DT,所以氧弹卡计的热容为: C卡 (4)式中:m为苯甲酸的质量(准确到110-5克)l为燃烧掉的Cu-Ni合金丝的长度(cm) 2.9为每厘米Cu-Ni合金丝燃烧放出的热量单位(Jcm-1)V为滴定燃烧后氧弹内的洗涤液所用的0.1moldm-3的NaOH溶液的体积 5.98为消耗1mL0.1 moldm-3的NaOH所相当的热量(单位为J)。由于此项结果对QV的影响甚微,所以常省去不做。确定了仪器(含3000mL水)热容,我们便可根据公式4-(4)求出欲测物质的恒容燃烧热QV,即:QV(待测)=(C卡DT-2.9l)/m(待测物
10、质的质量)M (5)然后根据公式4-(1)求得该物质的恒压燃烧热QP,即DH。2.雷诺作图法尽管在仪器上进行了各种改进,但在实验过程中仍不可避免环境与体系间的热量传递。这种传递使得我们不能准确地由温差测定仪上读出由于燃烧反应所引起的温升T。而用雷诺作图法进行温度校正,能较好地解决这一问题。将燃烧前后所观察到的水温对时间作图,可联成FHIDG折线,如图4-1和图4-2所示。图41中H相当于开始燃烧之点。D为观察到的最高温度。在温度为室温处作平行于时间轴的JI线。它交折线FHIDG于I点。过I点作垂直于时间轴的ab线。然后将FH线外延交ab线于A点。将GD线外延,交ab线于C点。则AC两点间的距离
11、即为DT。图中AA为开始燃烧到温度升至室温这一段时间Dt1内,由环境辐射进来以及搅拌所引进的能量而造成量热计的温度升高。它应予以扣除之。CC为温度由室温升高到最高点D这一段时间Dt2内,量热计向环境辐射而造成本身温度的降低。它应予以补偿之。因此AC可较客观的反应出由于燃烧反应所引起量热计的温升。在某些情况下,量热计的绝热性能良好,热漏很小,而搅拌器的功率较大,不断引进能量使得曲线不出现极高温度点,如图4-2,校正方法相似。图1 绝热较差时的雷诺校正图图2 绝热良好时的雷诺校正图2.3. 实验仪器与试剂已将实验仪器及试剂列于表中:仪器及药品名称生产厂家数量WLS立式充氧器XX南大万和科技XX1电
12、动搅拌器XX南大万和科技XX1BH-IIS型燃烧热数据采集接口装置XX南大万和科技XX1HR-15B型氧弹式量热计XX南大万和科技XX1JDT-2A型数字式精密温度温差测量仪XX南大万和科技XX1MF500B型万用表XX第四电表厂1CPA22S电子天平Sartorius1CP323S电子天平Sartorius1769YP-15A粉末压片机XX市科器高新技术公司11000mL 容量瓶12000mL 容量瓶120mL 移液管150mL 移液管1100mL 移液管1洗耳球1导管CuNi 合金丝苯甲酸国药集团化学试剂XX萘(分析纯)国药集团化学试剂XX表1 实验仪器及试剂2.4. 实验步骤1.量热计水
13、当量的测定(求C卡) (1) 样品压片:压片前先检查压片用钢模是否干净,否则应进行清洗并使其干燥,用台秤称0.8g苯甲酸,并用直尺准确量取长度为20cm左右的细Cu-Ni合金丝一根,准确称量并把其双折后在中间位置打环,置于压片机的底板压模上,装入压片机内,倒入预先粗称的苯甲酸样品,使样品粉末将合金丝环浸埋,用压片机螺杆徐徐旋紧,稍用力使样品压牢(注意用力均匀适中,压力太大易使合金丝压断,压力太小样品疏松,不易燃烧完全),抽去模底的托板后,继续向下压,用干净滤纸接住样品,弹去周围的粉末,将样品置于称量瓶中,在分析天平上用减量法准确称量后供燃烧使用。(2) 装置氧弹:拧开氧弹盖,将氧弹内壁擦干净,
14、特别是电极下端的不锈钢接线柱更应擦干净。在氧弹中加1毫升蒸馏水。将样品片上的合金丝小心地绑牢于氧弹中两根电极8与10上(见图4-4氧弹剖面图)。旋紧氧弹盖,用万用电表检查两电极是否通路。若通路,则旋紧出气口5后即可充氧气。按图4-5所示,连接氧气钢瓶和氧气表,并将氧气表头的导管与氧弹的进气管接通,此时减压阀门2应逆时针旋松(即关紧),打开氧气钢瓶上端氧气出口阀门1(总阀)观察表一的指示是否符合要求(至少在4MPa),然后缓缓旋紧减压阀门2(即渐渐打开),使表2指针指在表压2MPa,氧气充入氧弹中。1-2min后旋松(即关闭)减压阀门2,关闭阀门1,再松开导气管,氧弹已充入约2MPa的氧气,可供
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