标准燃烧热理查德法卡拉奇法
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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(O v ),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(Q p ),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:∆c H m = Q p =Q v +Δn RT (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T 1、T 2,则此样品的恒容摩尔燃烧热为:nT T C Q m V )(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)。
标准燃烧热计算一、理查德(Richard)法理查德(Richard)认为,有机化合物的标准燃烧热与该化合物完全燃烧时所需的氧原子数成直线关系,即q c=Σa+xΣb (6-17)式中a、b--常数,与化合物结构有关,其值见表6-6;x--化合物完全燃烧(产物为CO2、H2O、N2、HX、SO2等)时所需的氧原子数。
表6-6 基数值相态 a b液态气态23.8623.02218.05219.72用理查德法计算化合物的标准燃烧热时还必须遵循以下规则。
1. 在计算任何化合物的标准燃烧热时,首先要按化合物的相态计入表6-6中所列的a、b值(正烷烃的a、b值),作为基数。
液态与固态化合物均按液态计,气态化合物按表中气态的a、b值计。
2. 分子中如有支链存在,或在环状结构分子中有二个或二个以上烷烃取代基存在时,则必须加上烷烃支链数值,但只加一次,因此苯和甲苯无支链值,但二甲苯、异丙苯及六甲基环己烷均须计入支链值,只计一次。
3. 分子中存在二个以上相同的官能团,则a值应乘以该官能团的个数,而b值仍以一个计算,但烷烃取代基与支链烃取代基例外。
4. 分子中存在多个不相同的官能团时,应将各个官能团的a、b值分别计入式(6-17)。
有时对于同一个官能团可以有二种不同的选择,例如甲酰胺(HCONH2)既可以看作是醛+胺,也可以看作是酰胺。
遇到这种情况应该选择较复杂的官能团数值,或选择在表中排列较后的官能团的a、b数值。
对于甲酰胺只能取酰胺的数值而不能取醛与胺的数值再相加。
脲型和二缩脲型的基团则例外,二者都应看作含有二个酰胺,而二缩脲还要加一个胺基的数值。
此类情况常适用于含氮化合物。
5. 所选择的官能团a、b数值应与化合物的相态一致。
在一般情况下可以用液态数值代替固态数值,因为对非极性或极性很小的有机化合物,其熔融热通常不大,不会引起大的误差。
6. 有机碱与无机酸生成的盐类及水化合物的燃烧热除了要计算相应的碱与酸的燃烧热外,还须加上校正值。
化学反应的燃烧热燃烧是一种常见而广泛的化学反应,它涉及到大量的能量变化。
而燃烧过程中产生的能量变化则可以通过燃烧热来描述。
本文将从燃烧现象的定义开始,介绍燃烧热的概念、计算方法以及与化学反应热的关系。
燃烧是指物质与氧气(或其他氧化剂)在一定条件下发生的放热反应。
燃烧反应可以产生可见的火焰、光热和烟雾等现象,同时伴随着能量的释放。
这种能量的释放是由于燃料物质与氧气分子发生化学反应,使得化学键断裂并重新组合,释放出能量。
而燃烧热则是指在单位质量的燃料完全燃烧下所释放的能量。
在化学反应中,燃烧热是一项重要的热力学性质,它可以衡量反应产生的能量。
燃烧热的计量单位是焦耳/克(J/g),通常用大写的ΔH 表示。
燃烧热可以分为燃料的燃烧热和反应物的燃烧热两种。
首先是燃料的燃烧热。
燃料的燃烧热是指单位质量的燃料完全燃烧所释放的能量。
燃料的燃烧热与其化学成分相关,不同燃料的燃烧热有所差异。
例如,对于石油和天然气等碳氢化合物燃料,其燃烧热主要与其碳氢化合物中的碳氢化合物的结构和数量有关。
其次是反应物的燃烧热。
反应物的燃烧热是指单位质量的反应物参与完全燃烧反应所释放的能量。
在化学反应中,反应物的燃烧热可以通过标准反应焓ΔH0来计算,其值可以从热化学表中获得。
燃烧热与化学反应热密切相关。
化学反应热是指化学反应过程中放热或吸热的现象,当反应放热时为放热反应,放热的能量将被传递给燃烧介质,使得燃烧介质温度升高;而吸热反应则相反,系统从外界吸收热量,致使燃烧介质温度下降。
燃烧热与化学反应热之间的关系通过以下方程式给出:ΔH = ΔE + PΔV其中,ΔH表示反应焓变,ΔE表示反应内能变化,PΔV表示压力-体积功。
根据热力学第一定律,可知化学反应热等于反应焓变加上压力-体积功。
在实际计算中,燃烧热可以通过实验方法进行测定。
一种常用的实验方法是量热计法,即通过测量反应前后的温度变化来计算燃烧热。
该方法的核心原理是基于能量守恒定律,即所释放或吸收的能量将转化为热能,并通过测量温度的变化来确定燃烧热。
高二化学燃烧热知识点燃烧热是物质燃烧过程中释放出的热量。
燃烧热是化学反应热力学的重要参数之一,对于研究燃烧反应的能量变化以及燃料的热值等有着重要的意义。
下面我们来了解一下高二化学中与燃烧热相关的知识点。
1. 燃烧热的定义和表达方式燃烧热是指在恒定压力下,1摩尔物质完全燃烧所释放出的热量。
通常用△H表示。
燃烧热可以通过实验测量得到,也可以通过计算获得。
在反应方程式的化学式的前面写出△H的值。
2. 燃烧热与燃烧反应的热效应关系燃烧热是燃烧反应的热效应之一。
燃烧反应是指物质与氧气发生剧烈放热的反应。
燃烧热的值大小取决于燃料的种类和反应的条件。
3. 燃烧热的计算方法燃烧热的计算方法主要有两种:实验法和计算法。
实验法是通过实验测量得到物质燃烧时释放的热量。
计算法是利用标准生成焓和反应焓的关系进行计算。
燃烧反应的热效应可以通过燃烧反应方程式和标准生成焓之间的关系进行计算。
4. 燃料的热值燃料的热值是指单位质量或单位容积的燃料完全燃烧时所释放的热量。
常用的表示单位有千焦/克和千焦/立方米等。
燃料的热值与燃烧热的值是相等的,只是单位不同。
5. 燃烧热和燃料的选择在选择燃料的时候,燃烧热是一个重要的指标。
燃烧热越高,说明燃料的能量利用效率越高,热值也越大。
因此,在选择燃料时要根据不同的需求和使用条件,选择具有合适燃烧热的燃料。
6. 燃烧热的应用燃烧热在生活和工业生产中有着广泛的应用。
例如,在燃料中的燃烧热能够提供热量进行加热、照明等;在工业生产中,燃烧热可用于蒸汽发电、冶金和化工等领域。
总结:燃烧热是化学反应热力学中的重要概念,它与燃烧反应的热效应密切相关。
燃烧热的计算方法可以通过实验或者计算获得,燃料的热值也是燃烧热的重要体现。
在选择燃料时,要考虑燃料的燃烧热,以满足不同的需求。
燃烧热在生活和工业生产中有着广泛的应用,对于提供热量和进行能量转换等方面具有重要作用。
通过对燃烧热的研究和应用,可以更好地理解和利用燃烧反应产生的能量。
计算题(P106)4-1、物料衡算数据如下图所示。
主反应式如下。
已知加入甲苯和浓硫酸的温度均为30℃,脱水器的排水温度为65 ℃,磺化液的出料温度为140 ℃,甲苯和硫酸的标准化学反应热为117.2kJ·mol -1 (放热) ,设备(包括磺化釜、回流冷凝器和脱水器,下同)升温所需的热量为1.3×105kJ ,设备表面向周围环境的散热量为6.2 ×104kJ, 回流冷凝器中冷却水移走的热量共9.8 ×105kJ 。
试对甲苯磺化过程进行热量衡算。
有关热力学数据:原料甲苯的定压比热为1.71kJ ·kg -1 ·℃-1 ; 98%硫酸的定压比热为1.47kJ ·kg -1 ·℃-1 ;磺化液的平均定压比热为1.59kJ ·kg -1 ·℃-1 ;水定压比热为4.18kJ ·kg -1 ·℃-1解法一:对甲苯磺化过程进行热量衡算的目的是为了确定磺化过程中的补充加热量。
依题意可将甲苯磺化装置(包括磺化釜、回流冷凝器和脱水器等)作为衡算对象。
此时,输入及输出磺化装置的物料还应包括进、出回流冷凝器的冷却水,其带出和带入热量之差即为回流冷凝器移走的热量。
若将过程的热效应作为输入热量来考虑,则可绘出如下图所示的热量衡算示意图。
CH 3+H 2SO 4CH 3SO 3H+H 2O则热量平衡方程式可表示为 取热量衡算的基准温度为25o C (若取0 ℃作为基准,结果又如何?),则(1)(2)磺化过程热效应反应中共加入98%浓硫酸的质量为1100kg ,其中含水22kg 。
若以SO 3计,98%硫酸的质量分率为80%。
由式(4-44)得反应结束后,磺化液含硫酸35.2kg,水21.4kg 。
以SO 3计,硫酸的质量分率为50.8%。
则1234567Q Q Q Q Q Q Q ++=+++141000 1.71(3025)1100 1.47(3025) 1.6610Q kJ=⨯⨯-+⨯⨯-=⨯3p cQ Q Q =+1-122111 2.989(2515)110.20130.062 4773.4 kJ (kg H )s H m mm mO -∆=+--++=⋅2-122111 2.989(2515)10.50810.5080.20130.0620.5080.5081833.6 kJ (kg H )s H O ⨯-∆=+--++=⋅所以有反应消耗的甲苯量为979 kg ,则(3)反应产物(磺化液、脱水器排出的水)带走的热量Q 4 Q 4=1906.9 x 1.59 x (140-25)+193.1 x 4.18 x (65-25)=3.77 x 105 KJ (4)由题意知 Q 5=1.3 x 105 KJ Q 6=6.2 x 104 KJ Q 7=9.8 x 105 KJ 所以Q 2=Q 4+Q 5+Q 6+Q 7-Q 1-Q 3=2.12 x 105 KJ4224773.421.41833.6 6.610p Q kJ=⨯-⨯=⨯kJ1025.1 2.1179210979Q 63c ⨯=⨯⨯=kJ1032.1 1025.1106.6 Q Q Q 664cp 3⨯=⨯+⨯=+=解法二:对甲苯磺化过程进行热量衡算的目的是为了确定磺化过程中的补充加热量。
高二化学选修一燃烧热知识点总结一、燃烧热的概念和计算方法燃烧热(ΔHc)是指单位质量或摩尔物质完全燃烧所释放或吸收的热量。
它可以通过实验方法或计算方法来确定。
1. 实验测定燃烧热实验测定燃烧热的方法有常数容器法和量热器法。
常数容器法中,完全燃烧一定质量的物质,通过测量温度变化来计算燃烧热。
量热器法中,将物质放入量热器中进行燃烧,并通过测量水的温度变化来计算燃烧热。
2. 计算燃烧热计算燃烧热的方法包括燃烧热的通式法、Hess定律和生成焦熔法。
通式法是通过已知物质燃烧热的数值,根据化学方程式和摩尔系数的关系,计算其他物质的燃烧热。
Hess定律是指在化学反应中,反应热的变化与路径无关。
利用这一定律,可以通过两个或多个已知反应的热量计算出所需的反应热量。
生成焦熔法是将待测物质与反应焦炭在恒定的压强下反应,通过测量反应产生的热量来计算燃烧热。
二、燃烧热的应用1. 爆炸燃烧和研发新材料爆炸燃烧与燃烧热密切相关。
通过对物质的燃烧热和反应规律的研究,可以开发新型爆炸物、炸药和火箭推进剂等材料。
2. 火力发电和煤气化燃烧热被广泛应用于火力发电和煤气化过程。
通过燃烧热释放的能量来产生蒸汽驱动涡轮发电机,提供电力。
在煤气化过程中,通过高温和压力下,使煤炭发生化学反应,释放出燃烧热,得到合成气用于制造化学产品。
3. 无水饮料和食品加工燃烧热在无水饮料和食品加工中起到了重要作用。
通过将食品或饮料制成粉末,然后加入足够的能量源,在恒定的温度下燃烧,可以使水分蒸发掉,从而得到无水饮料和食品。
三、燃烧热的影响因素和相关概念1. 燃烧热的影响因素燃烧热的数值受多种因素影响,如燃烧物质的种类、物质的化学反应、物质的摩尔质量等。
2. 燃烧热相关概念燃烧热相关的概念包括燃烧热容、标准燃烧热等。
燃烧热容是指单位质量或摩尔物质完全燃烧所吸收或释放的热量。
标准燃烧热是指在标准状态下,单位摩尔物质在氧气中完全燃烧所释放的热量。
四、燃烧热的意义和应用前景1. 燃烧热在能源领域的应用燃烧热的研究对于能源的开发和利用具有重要意义。
标准燃烧热计算
一、理查德(Richard)法
理查德(Richard)认为,有机化合物的标准燃烧热与该化合物完全燃烧时所需的氧原子数成直线关系,即
q c=Σa+xΣb (6-17)
式中a、b--常数,与化合物结构有关,其值见表6-6;
x--化合物完全燃烧(产物为CO2、H2O、N2、HX、SO2等)时所需的氧原子数。
表6-6 基数值
相态 a b
液态气态23.86
23.02
218.05
219.72
用理查德法计算化合物的标准燃烧热时还必须遵循以下规则。
1. 在计算任何化合物的标准燃烧热时,首先要按化合物的相态计入表6-6中所列的a、b值(正烷烃的a、b值),作为基数。
液态与固态化合物均按液态计,气态化合物按表中气态的a、b值计。
2. 分子中如有支链存在,或在环状结构分子中有二个或二个以上烷烃取代基存在时,则必须加上烷烃支链数值,但只加一次,因此苯和甲苯无支链值,但二甲苯、异丙苯及六甲基环己烷均须计入支链值,只计一次。
3. 分子中存在二个以上相同的官能团,则a值应乘以该官能团的个数,而b值仍以一个计算,但烷烃取代基与支链烃取代基例外。
4. 分子中存在多个不相同的官能团时,应将各个官能团的a、b值分别计入式(6-17)。
有时对于同一个官能团可以有二种不同的选择,例如甲酰胺(HCONH2)既可以看作是醛+胺,也可以看作是酰胺。
遇到这种情况应该选择较复杂的官能团数值,或选择在表中排列较后的官能团的a、b数值。
对于甲酰胺只能取酰胺的数值而不能取醛与胺的数值再相加。
脲型和二缩脲型的基团则例外,二者都应看作含有二个酰胺,而二缩脲还要加一个胺基的数值。
此类情况常适用于含氮化合物。
5. 所选择的官能团a、b数值应与化合物的相态一致。
在一般情况下可以用液态数值代替固态数值,因为对非极性或极性很小的有机化合物,其熔融热通常不大,不会引起大的误差。
6. 有机碱与无机酸生成的盐类及水化合物的燃烧热除了要计算相应的碱与酸的燃烧热外,还须加上校正值。
7. 对于某些含氮原子的基团除了按上述规则计算a、b数值外,还必需加以校正。
如果由于取代生成-N-N-或-N-C-键时,则还需再加上肼或胺的校正值,例如酰胺、肼、酰肼、偶氮、偶氮氧、胍、四氮杂茂、硝基胺、硝基酰胺、亚硝胺等及其相似化合物。
所以,硝基伯胺可看作含有伯胺、也含有硝基胺;N-取代的硝基酰胺可看作含有伯胺、也含有硝基酰胺;具有Ar-N=N-Ar结构的偶氮化合物除用偶氮基、芳香环的基本的数值外,必须再加上二个伯胺的校正值。
二、卡拉奇(Khrasch)法
卡拉奇法估算标准燃热公式如下:
q c=109.07n+∑(K△) (7-18)
式中n--化合物燃烧时的电子转移数,其值n=燃烧氧原子数×2;
△--取代基和键的校正值;
K--分子中同样取代基的数目;。