实验一 有机物燃烧焓的测定
- 格式:doc
- 大小:114.50 KB
- 文档页数:7
实验名称实验一燃烧焓的测定一、实验目的:1.用氧弹量热计测定奈的摩尔燃烧焓;2.了解热量计中主要部分的作用,掌握氧弹热量计的实验技术。
二、实验原理:1.有机物B的燃烧焓∆c H mΘ(B,T)是指在1mol指定相态的B物质在温度T和恒压(pΘ)条件完全放出的热量(Q p),其值与以B为反应物(γB=1)的燃烧反应的标准摩尔反应焓变∆c H mΘ相等。
若此燃烧反应系统中的气体均可视为理想气体,则有下列关系:Q p=Q V+∆nRT(式1)∆c H mΘ=∆r U mΘ+RT∑V B(g) (式2)2.量热计(包括氧弹,内桶,搅拌器和温度感应器等)的热力学能变化∆U量热计可表示为:∆U=∆c U B+∆c U引燃丝+∆U量热计=0 (式3)若已知物质的量、等容燃烧热值及燃烧前后系统温度的变化T,则上式可表示为:m B Q V,B+lQ l+K∆T=0(式4)式中,m B为样品的质量(g);Q V,B为样品的等容燃烧热值(J∙g-1);l为燃烧掉的引燃丝的长度(cm);Q l为引燃丝的燃烧热值(J∙cm-1);K为量热计系统的热容量;∆T为修正后的内桶中水的真实温差(K)。
本实验先用已知Δc Hθm(苯甲酸,298.15K)= -3226.7 kJ/mol 来测定量热计的热容量K,之后再重复实验,测定未知样品萘的摩尔燃烧焓。
其中用到的引燃丝的燃烧热值Q l = -6.699 J/cm。
由于量热计无法做到完全绝热,因此燃烧前后温度差的测量值须经雷诺温度校正图校正。
3.雷诺温度校正图雷诺温度校正图三、实验仪器、试剂仪器:氧弹量热计(一台)、压片机(一台)、万用表(一只)、贝克曼温度计(一支)、0℃-100℃的温度计(一支)、点燃丝、1000ml容量瓶(一只)、氧气钢瓶及减压阀(一只)试剂:萘(A.R.)、苯甲酸(A.R.)实验装置图:图1、氧弹式量热计原理构造结构图四、实验步骤1.热容量K的测定2.萘的恒容燃烧值测定称取0.6g左右的萘,实验步骤同上。
实验一燃烧热(焓)的测定一、实验目的:1、了解氧弹量热法的实验原理,掌握燃烧焓的测量技术。
2、学会雷诺校正图的校正方法,掌握Qp与Qv的关系。
3、分析产生误差的原因二、实验原理:燃烧焓是热化学中重要的基本数据,它是指单位物质的量的物质与氧气完全燃烧生成规定的燃烧产物时的反应焓(变)。
所谓规定的燃烧产物是指C变成CO2(气)、H变成H2O(液)、S变成SO2(气)、N变成N2(气)、Cl变成HCl水溶液等。
例如,甲烷在298K时的标准摩尔燃烧焓为:CH4(g)+2O2(g)→ CO2(g)+2H2O(l)= -890.31kJ·mol-1对于燃烧焓的测定来源于量热实验,所依据的是热力学公式:(推导)是反应在恒压条件下测量的恒压热。
对于燃烧反应,实验要在恒容容器中进行,所测量的是反应的恒容热。
由于和的测量条件不同,需按下式进行换算:(推导)式中为气体产物与气体反应物的物质的量之差,R为摩尔气体常数,T为反应的热力学温度。
本实验是利用量热计来测定萘(C10H8)的燃烧热,所测得的是恒容热。
量热计测量的原理是将一定量的待测物质在氧弹中完全燃烧,燃烧时放出的热量使量热计的温度升高,通过测量燃烧反应前后此温度的变化值,就可以计算出该样品的。
其计算式为:式中m为待测物质的质量,为待测物质的恒容热,为点火丝的恒容热(本实验使用的是镍铬合金丝,其=3240 J·g-1);为点火丝的质量;为样品燃烧前后量热计温度的变化值;C为量热计的热容量,它是指量热计(包括量热计中的水)温度升高单位温度时所吸收的热量。
通常用已知的物质标定量热计热容量C,一般采用高纯度的苯甲酸作为标准物质(其恒容热=26460J·g-1)。
当已知量热计热容量C之后,就可以利用上式通过实验测定其它物质的恒容热。
燃烧过程中量热计温度随时间变化的曲线如下图中的曲线abcd所示。
其中ab段表示实验前期,b点相当于开始燃烧之点;bc段相当于燃烧反应期;cd段则为后期。
燃烧焓的测定实验报告燃烧焓的测定实验报告引言:燃烧焓是热力学中的一个重要概念,用于描述物质燃烧过程中释放或吸收的热量。
本实验旨在通过测定某种物质的燃烧焓,探究其燃烧特性,并进一步了解燃烧过程中的能量变化。
实验方法:1. 实验器材准备:实验室内,准备好量热器、点火器、天平等实验器材。
2. 实验样品准备:选择某种常见有机物质作为实验样品,如甲醇、乙醇等。
将样品称量并记录质量。
3. 燃烧装置搭建:将量热器放置在三脚架上,将实验样品放在量热器内,使其与空气完全接触。
4. 实验操作:点燃实验样品,观察燃烧过程,并记录燃烧时间。
5. 数据处理:根据实验数据计算得出燃烧焓。
实验结果与讨论:通过实验操作,我们成功测定了某种有机物质的燃烧焓。
在实验过程中,我们观察到实验样品在点燃后燃烧迅速进行,释放出明亮的火焰和大量的热量。
燃烧过程中,我们使用量热器测量了温度的变化,并利用计算公式计算出了燃烧焓。
在实验中,我们注意到燃烧焓的测定受到多种因素的影响。
首先,燃烧过程中需要充分供氧,以保证燃烧反应的进行。
其次,实验样品的质量和燃烧时间对燃烧焓的测定也有一定的影响。
因此,在实验操作中需要注意控制这些因素,以提高实验结果的准确性。
燃烧焓的测定结果可以用于评估物质的燃烧特性。
不同物质的燃烧焓差异较大,这与其分子结构和化学键的强度有关。
通过测定燃烧焓,我们可以了解物质在燃烧过程中的能量变化,进而推断其燃烧产物和反应路径。
实验中,我们还发现了一些有趣的现象。
例如,在实验样品完全燃烧后,我们观察到量热器内的温度明显上升,这说明了燃烧过程中释放的大量热量。
此外,我们还观察到了燃烧过程中产生的一些气体,如二氧化碳和水蒸气。
这些现象都与燃烧反应的特点密切相关。
总结:通过本次实验,我们成功测定了某种有机物质的燃烧焓,并了解了燃烧过程中的能量变化。
燃烧焓的测定对于研究物质的燃烧特性和能量转化具有重要意义。
通过进一步的实验研究,我们可以探索更多物质的燃烧焓,并深入理解燃烧反应的机理和热力学性质。
实验1:燃烧热(焓)的测定一、实验目的:1、用恒温式热量计测定萘的燃烧焓;2、明确燃烧焓的定义,了解恒压燃烧焓与恒容燃烧焓的差别;3、了解恒温式热量计中主要部分的作用,掌握恒温式热量计的实验技术;4、学会雷诺图解法,校正温度改变值;二、实验基本原理:燃烧焓是指1mol物质在等温、等压下与氧进行完全氧化反应时的焓变。
完全氧化即指如碳被氧化成CO2(气),氢被氧化成H2O(液),硫被氧化成SO2(气)根据热力学第一定律,物质在定体积燃烧时,体系不对外作体积功,则燃烧热等于体系内能的变化,即:(1.1)本实验当中就是利用燃烧产生的热与环境内能改变的原理进行设计,即体系热=环境热(式中QV为恒容燃烧热,ΔU为体系内能的变化值。
)设体系的恒容热容为C V,则若将n mol 被测物质置于充氧的氧弹中使其完全燃烧。
燃烧时放出的热量使体系温度升高ΔT,即可根据下式计算实际放出的热量:(1.2)则恒容摩尔燃烧热QV.m 可用下式计算:(1.3)将实验中测得的恒容燃烧热代入热力学基本关系式,可求得恒压燃烧热 Qp: Qp =ΔH =ΔU +Δ(pV) = Q V + pΔV (1.4)(式中ΔH 为反应的焓变,p 为反应压力,ΔV 为反应前后体积的变化。
)由于凝聚相与气相相比,其体积可忽略不计,则ΔV 可近似为反应前后气体物质的体积变化。
设反应前后气态的摩尔数变化为Δn,并设气体为理想气体,则 pΔV=ΔnRT (1.5)则: Q p = Q V +ΔnRT (1.6)反应热效应的数值与温度有关,燃烧热也如此。
其与温度的关系为:(1.7)(式中ΔCp 为燃烧反应产物与反应物的恒压热容差,是温度的函数。
)通常,温度对热效应影响不大。
在较小的温度范围内,可将反应的热效应看着与温度无关的常数。
从上面的讨论可知,测量物质的燃烧热,关键是准确测量物质燃烧时引起的温度升高值ΔT,然而ΔT 的准确度除了与测量温度计有关外,还与其他许多因素有关,如热传导、蒸发、对流和辐射等引起的热交换,搅拌器搅拌时所产生的机械热。
宁波工程学院物理化学实验报告专业班级化本086 姓名蔡珊珊(撰稿人) 实验日期2010年3月17日同组姓名蒋燕、梁杨、曾如乐指导老师付之强、仇丹实验名称实验一、燃烧焓的测定一、实验目的1、用氧弹量热机测定萘的摩尔燃烧焓。
2、了解热量计中主要部分的作用,掌握氧弹量热计的实验技术。
二、实验原理有机物B的△cHm(B,T)是指在1mol指定相态的B物质在温度T和恒压P下完全燃烧索放出的热量Qp,其值与以B为反应物(Vb=1)的燃烧反应的△rHm相等。
1molB物质在恒容条件下完全燃烧索放出的热量Qv,其值与以B为反应物(Vb=1)的燃烧反应的△rUm相等。
若系统中的气体均视为理想气体:Qp=Qv+△nRT①△rHm=△rUm+RT∑Vb(g) ②本实验采用氧弹量热计测定萘的燃烧热。
测量的原理是将一定量待测萘样品在氧弹中完全燃烧,燃烧时放出的热量使量热计本生及氧弹周围介质(水)的温度升高。
通过测定燃烧前后量热计温度的变化值,就可以求出样品的燃烧热,实验测得的是恒容反应热Qv,通过①和②算出萘的△cHm。
氧弹式量热计中的量热计可看做一个等容绝热系统,△U=0△U =△cUB+△cU(引烧丝)+△U(量热计)mBQv,B+lQl+K△T=0通过测已知标准摩尔燃烧焓的苯甲酸来测定K,再通过雷诺温度校正图校正得到△T算出,△cU B 代入②得△cHm(B,T)苯甲酸的反应式:C7H6O2+15/2O2=7CO2+3H2O Vb=-1/2萘的反应式:C10H8+12O2=10CO2+4H2O Vb=-2三、实验仪器、试剂仪器:氧弹量热计、压片机、万用表、贝克曼温度计、温度计(100℃)、点火丝、容量瓶(1000ml)、氧气钢瓶及减压阀试剂:萘(A.R)、苯甲酸(A.R)四、实验步骤1、热容量K的测定①截15cm左右的引燃丝,中间部绕成环状。
②称0.8~1.0g苯甲酸,压成片状,去掉粉状物,再在天平上准确称量。
③将弹内洗净,擦干。
有机物燃烧焓的测定一.实验目的1.明确燃烧焓的定义,了解恒压热效应与恒容热效应的关系。
2.掌握有关热化学实验的一般知识和技术。
3.用氧弹式量热计测定有机物的燃烧焓。
二.实验原理热化学中定义:在指定温度和压力下,一摩尔物质完全燃烧成指定产物的焓变,称为该物质在此温度下的摩尔燃烧焓,记作ΔC H m 。
通常,C 、H 等元素的燃烧产物分别为CO 2(g)、H 2O(l)等。
由于上述条件下ΔH=Q p ,因此ΔC H m 也就是该物质燃烧反应的等压热效应Q p,m 。
在适当的条件下,许多有机物都能迅速而完全地进行氧化反应,这就为准确测定它们的燃烧焓创造了有利条件。
在实际测量中,燃烧反应常在恒容条件下进行,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Q V (即燃烧反应的热力学能变ΔC U )。
若将应系统中的气体物质视为理想气体,根据热力学推导可得ΔC H m 和ΔC U m 的关系为:)(g RT U H B Bm c m c ν∑+∆=∆ 或 )(,,g RT Q Q B Bm v m p ν∑== (1)式中,T 为反应温度(K);ΔC H m 为摩尔燃烧焓(J·mol -1);ΔC U m 为摩尔燃烧热力学能变(J·mol -1);v B (g)为燃烧反应方程中各气体物质的化学计量数,规定生产物取正值,反应物取负值。
通过实验测得Q V,m (J·mol -1)值,根据上式就可计算出Q p,m (J·mol -1),即燃烧焓的值ΔC H m 。
本实验是用氧弹式量热计进行萘的燃烧焓的测定。
量热计结构如图1所示,氧弹结构如图2所示。
实验中,设质量为m a (g )的待测物质(恒容燃烧热为Q v,m )和质量为m b (g )的点火丝(恒容燃烧热为q ,J·g -1)在氧弹中燃烧,放出的热可使质量为w m 的水(比热容为c w ,J·K -1·g -1)及量热器本身(热容为C m ,J·K -1)的温度由T 1升高到T 2,则根据能量守恒定律可得到热平衡关系)()]().[(1212,T T K T T w c C m q Mm Q m w m b am -⨯=-⨯+-=⨯+⨯ν (2) 式中,M 为该待测物的摩尔质量;规定系统放热时Q 取负数;K= -( C m +c w · w m ),同一套仪器、当内筒中的水量一定时,K 值恒定,称K 为仪器常数或水当量(J·K -1),常用已知燃烧热值Q v 的苯甲酸来测定。
实验一燃烧热(焓)的测定一、实验目的:1、了解氧弹量热法的实验原理,掌握燃烧焓的测量技术。
2、学会雷诺校正图的校正方法,掌握Qp与Qv的关系。
3、分析产生误差的原因二、实验原理:燃烧焓是热化学中重要的基本数据,它是指单位物质的量的物质与氧气完全燃烧生成规定的燃烧产物时的反应焓(变)。
所谓规定的燃烧产物是指C变成CO2(气)、H变成H2O(液)、S变成SO2(气)、N变成N2(气)、Cl变成HCl水溶液等。
例如,甲烷在298K时的标准摩尔燃烧焓为:CH4(g)+2O2(g)→ CO2(g)+2H2O(l)= -890.31kJ·mol-1对于燃烧焓的测定来源于量热实验,所依据的是热力学公式:(推导)是反应在恒压条件下测量的恒压热。
对于燃烧反应,实验要在恒容容器中进行,所测量的是反应的恒容热。
由于和的测量条件不同,需按下式进行换算:(推导)式中为气体产物与气体反应物的物质的量之差,R为摩尔气体常数,T为反应的热力学温度。
本实验是利用量热计来测定萘(C10H8)的燃烧热,所测得的是恒容热。
量热计测量的原理是将一定量的待测物质在氧弹中完全燃烧,燃烧时放出的热量使量热计的温度升高,通过测量燃烧反应前后此温度的变化值,就可以计算出该样品的。
其计算式为:式中m为待测物质的质量,为待测物质的恒容热,为点火丝的恒容热(本实验使用的是镍铬合金丝,其=3240 J·g-1);为点火丝的质量;为样品燃烧前后量热计温度的变化值;C为量热计的热容量,它是指量热计(包括量热计中的水)温度升高单位温度时所吸收的热量。
通常用已知的物质标定量热计热容量C,一般采用高纯度的苯甲酸作为标准物质(其恒容热=26460J·g-1)。
当已知量热计热容量C之后,就可以利用上式通过实验测定其它物质的恒容热。
燃烧过程中量热计温度随时间变化的曲线如下图中的曲线abcd所示。
其中ab段表示实验前期,b点相当于开始燃烧之点;bc段相当于燃烧反应期;cd段则为后期。
有机物燃烧焓的测定数据处理有机物燃烧焓的测定数据处理一、实验目的1.了解燃烧热的概念及测定原理。
2.掌握氧弹热量计的使用方法和操作技术。
3.学会用雷诺图解法处理燃烧热数据。
二、实验原理燃烧热是指在25℃、101kPa下,1mol纯净物质完全燃烧生成稳定化合物时所放出的热量。
本实验采用氧弹热量计测定有机物的燃烧热。
氧弹热量计的主要部件为氧弹,它是一个耐压钢瓶,内部装有一定量的水和氧气,以及电火花点火装置。
实验时,将一定质量的样品放入氧弹内,通入氧气,然后通过电火花点燃样品,使其完全燃烧。
燃烧产生的热量传递给水,使水温升高。
根据水的比热容和温度变化,可以计算出样品燃烧所产生的热量。
三、实验步骤1.准备样品:用电子天平称取一定质量的样品,记录质量m。
2.安装氧弹:将氧弹放置在热量计上,连接好点火线、氧气瓶和水箱。
3.通氧气:打开氧气瓶阀门,使氧气通入氧弹,直到压力达到3.0MPa。
4.点火:关闭氧气瓶阀门,按下点火按钮,点燃样品。
5.燃烧:观察氧弹内的火焰,确保样品完全燃烧。
燃烧结束后,关闭点火线。
6.冷却:等待氧弹冷却至室温,打开氧弹取出样品残渣。
7.测量水温:用温度计测量水箱中水的初始温度T1和最终温度T2。
8.数据记录:记录实验过程中的所有数据。
四、数据处理1.计算燃烧热:根据水的比热容、质量和温度变化,计算样品燃烧所产生的热量Q。
公式如下:Q = m × c × (T2 - T1)其中,m为水的质量,c为水的比热容(4.18J/g·℃),T2为最终水温,T1为初始水温。
2. 计算样品的摩尔燃烧热:根据样品的质量和摩尔质量,计算样品的摩尔数n。
公式如下:n = m / M其中,m为样品质量,M为样品的摩尔质量。
然后,根据摩尔数和燃烧热Q,计算样品的摩尔燃烧热ΔH。
公式如下:ΔH = -Q / n3. 雷诺图解法处理数据:以1/T为横坐标,以lnθ为纵坐标,绘制雷诺图。
燃烧焓的测定实验报告燃烧焓的测定实验报告引言•燃烧焓是指物质完全燃烧时所释放的热量,是燃烧反应的重要性质之一。
•本实验旨在通过测量燃烧反应的温度变化,并结合相关计算,确定甲烷的燃烧焓。
实验方法1.预先称取一定质量的甲烷气体,并充分混合气体。
2.将混合气体注入燃烧装置燃烧室中,并点燃。
3.同时记录开始时和结束时的温度,并用温度计定期测量燃烧室内的温度。
4.待燃烧完全结束后,关闭火源。
实验结果•初始温度:25°C•终止温度:85°C•燃烧时间:10分钟•初始压强:1 atm•甲烷燃烧产生的水蒸气质量: g•参考焦卡尔定律,计算甲烷气体的燃烧焓。
数据处理根据理想气体状态方程:PV=nRT 1. 计算燃烧时甲烷气体的体积: - 温度转换为开尔文:初始温度25°C = 298K,终止温度85°C= 358K - 气体体积计算:V=nRT/P - 转化为标准状态:$V = V (273/298) (1/1) = V $2.计算甲烷的摩尔数:–初始摩尔数:n1=P1V1/RT1–终止摩尔数:n2=P2V2/RT2–平均摩尔数:n=(n1+n2)/23.计算燃烧焓:–燃烧反应释放的热量:q=mcΔT–燃烧焓:ΔH=q/n结果与讨论根据以上计算,得出以下结果: - 燃烧时甲烷气体的体积:$V = V $ - 初始摩尔数:n1=P1V1/RT1 - 终止摩尔数:n2=P2V2/RT2 -平均摩尔数:n=(n1+n2)/2 - 燃烧反应释放的热量:q=mcΔT -燃烧焓:ΔH=q/n本实验测得甲烷燃烧焓为XXX J/mol。
实验中可能存在一些误差,如测量温度的不准确、燃烧不完全等。
为提高测量的准确性,可采取多次重复实验并取平均值。
结论通过实验测定并计算,本实验得出了甲烷的燃烧焓为XXX J/mol。
这一结果对于进一步研究相关燃烧反应的热力学性质具有重要意义。
通过改进实验方法和减小误差,可以进一步提高实验结果的准确性。
燃烧焓的测定实验报告实验目的:通过实验测定燃烧反应的焓变,掌握燃烧焓的测定方法,加深对燃烧反应热力学性质的理解。
实验原理:燃烧焓是指在常压下,单位摩尔燃料完全燃烧时所释放的热量。
燃烧焓的测定实验是通过量热计测定燃料完全燃烧时释放的热量,从而计算出燃烧焓的数值。
在实验中,将燃料放入量热瓶中,点燃燃料使其完全燃烧,通过测定水温的变化来计算释放的热量,从而得到燃烧焓的数值。
实验仪器和试剂:1. 量热瓶。
2. 燃料(如甲醇、乙醇等)。
3. 点火装置。
4. 温度计。
5. 天平。
实验步骤:1. 将清洁干燥的量热瓶称重,记录下质量。
2. 在量热瓶中注入一定量的水,并记录下水的质量和初始温度。
3. 将一定质量的燃料加入量热瓶中,再次称重,记录下燃料的质量。
4. 点燃燃料使其完全燃烧,用温度计记录水温的变化。
5. 根据水的质量和温度变化,计算出燃烧释放的热量。
6. 根据燃料的质量和燃烧释放的热量,计算出燃烧焓的数值。
实验数据处理:根据实验测得的水的质量和温度变化,可以利用以下公式计算燃烧释放的热量:\[Q = mc\Delta T\]其中,Q为燃烧释放的热量,m为水的质量,c为水的比热容,ΔT为水温的变化。
根据燃料的质量和燃烧释放的热量,可以计算出燃烧焓的数值:\[ΔH = \frac{Q}{n}\]其中,ΔH为燃烧焓,Q为燃烧释放的热量,n为燃料的摩尔数。
实验结果:根据实验数据处理的结果,得到燃烧焓的数值为XXX kJ/mol。
实验结论:通过本实验的测定,我们成功地得到了燃烧焓的数值。
燃烧焓是燃料完全燃烧时释放的热量,是燃烧反应热力学性质的重要参数。
掌握燃烧焓的测定方法,对于研究燃烧反应的热力学性质具有重要意义。
实验中需要注意的问题:1. 在实验中要确保燃料完全燃烧,避免产生不完全燃烧产物。
2. 实验中要注意安全,避免燃料泄漏或燃烧引起的意外。
通过本次实验,我们对燃烧焓的测定方法有了更深入的理解,为今后的研究工作奠定了基础。
实验一 有机物燃烧焓的测定一.实验目的1.明确燃烧焓的定义,了解恒压热效应与恒容热效应的差别与关系; 2.掌握温差测量的一般知识和技术; 3.用氧弹式量热计测定有机物的燃烧焓; 4.理解氧弹式量热计的测量原理。
二.实验原理在指定温度和压力下,一摩尔物质完全燃烧成指定产物的焓变,称为该物质在此温度下的摩尔燃烧焓,记作ΔC H m 。
恒压过程:ΔC H m =Q p,m ; 恒容过程:ΔC U m =Q v,m 。
在实际测量中,燃烧反应常在恒容条件下进行,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Q V ,即燃烧反应的热力学能变ΔC U )。
若将应系统中的气体物质视为理想气体,根据热力学推导可得ΔC H m 和ΔC U m 的关系为:)(g RT U H B Bm c m c ν∑+∆=∆ 或 )(,,g RT Q Q B Bm v m p ν∑== (1)式中,T 为反应温度(K);ΔC H m 为摩尔燃烧焓(J·mol -1);ΔC U m 为摩尔燃烧热力学能变(J·mol -1);v B (g)为燃烧反应方程中各气体物质的化学计量数,规定生产物取正值,反应物取负值。
通过实验测得Q V,m (J·mol -1)值,根据上式就可计算出Q p,m (J·mol -1),即燃烧焓的值ΔC H m 。
本实验是用氧弹式量热计进行萘的燃烧焓的测定。
其基本原理是能量守恒定律:通过量出已知量的待测物完全燃烧放出的热,可计算出Q V,m 。
而放出的热可使一定量的介质(如水)升高一定的温度,即在燃烧前后产生一定数值的温差,通过实验测出该温差值,即可知待测物燃烧放出的热。
量热计结构如图1所示,氧弹结构如图2所示。
图1 环境恒温式氧弹量热计 图2 氧弹结构示意图实验中,设质量为m a (g )的待测物质(恒容燃烧热为Q v,m )和质量为m b (g )的点火丝(恒容燃烧热为q ,J·g -1)在氧弹中燃烧,放出的热可使质量为w m 的水(比热容为c w ,J·K -1·g -1)及量热器本身(热容为C m ,J·K -1)的温度由T 1升高到T 2,则根据能量守恒定律可得到热平衡关系)()]().[(1212,T T K T T w c C m q Mm Q m w m b am -⨯=-⨯+-=⨯+⨯ν (2) 式中,M 为该待测物的摩尔质量;规定系统放热时Q 取负数;K= -( C m +c w · w m ),同一套仪器、当内筒中的水量一定时,K 值恒定,称K 为仪器常数或水当量(J·K -1),常用已知燃烧热值Q v 的苯甲酸来测定。
求出量热体系的仪器常数K 后,再用相同方法对其它物质进行测定,测出温升△T=T 2 - T 1,代入上式,即可求得待测物的燃烧Q v,m 或ΔC U m 。
实际上,氧弹式热量计不是严格的绝热系统,加之由于传热速度的限制,燃烧后由最低温度达最高温度需一定的时间,在这段时间里系统与环境难免发生热交换,因而从温度计上读得的温差就不是真实的温差。
为此,必须对读得的温差进行校正。
校正的方法可以有作图法(雷诺法)和公式法(奔特公式)。
公式法的使用见“数据处理”部分。
三.仪器和试剂氧弹式量热计,精密电子温差测量仪,氧气钢瓶,充氧机,压片机,万用电表,台称,电子天平,容量瓶(1000mL),苯甲酸(分析纯,Q v,m=-3227.51 kJ·mol-1),萘(分析纯),专用燃烧镍丝(q=-1525 J·g-1)。
四.实验步骤1. 仪器常数的测定(1)准备点火丝:量取长约10cm点火丝,在电子天平上准确称重,得m b值。
在直径约3mm的玻璃棒上,将其中段绕成螺旋形5圈~6圈。
(2)压片:用台秤预称取0.9g~1.1g的苯甲酸,在压片机上压成圆片。
将压片制成的样品放在干净的称量纸上,小心除掉有污染和易脱落部分,然后在电子天平上精确称量,得m a值。
(3)装氧弹:将氧弹盖取下放在专用架上,用滤纸擦净电极及不锈钢坩埚。
先放好坩埚,然后用镊子将样品放在坩埚正中央(样品凹面朝上)。
将准备好的燃烧丝两端固定在电极上,并将螺旋部分紧贴在样品的上表面,然后小心旋紧氧弹盖(注意:点火丝不可与坩埚接触,以防短路)。
(4)充氧气:将氧弹接入充氧机,检查氧气钢瓶上的减压阀,使其处于关闭状态,再打开氧气钢瓶上的总开关。
然后轻轻拧紧减压阀螺杆(拧紧即是打开减压阀),使氧气缓慢进入氧弹内。
待减压阀上的减压表压力指到1.8MPa~2.0MPa 之间时停止,关闭氧气钢瓶总开关,并拧松压阀螺杆。
(5)安装热量计:先放好内筒,调整好搅拌,注意不要让叶轮碰撞内筒壁。
将氧弹放在内筒正中央,接好点火插头,加入3000mL自来水。
插入精密电子温差测量仪上的测温探头,注意既不要和氧弹接触、内筒壁接触,使导线从盖孔中出来,安装完毕。
(6)数据测量:打开精密电子温差测量仪,打开搅拌,设定温度读数时间间隔为30秒。
待温度基本稳定后将温差测量仪“采零”、“锁定”,开始记录温差数据。
整个数据记录分为三个阶段:a.初期:这是样品燃烧以前的阶段。
在这一阶段观测和记录周围环境和量热体系在试验开始温度下的热交换关系。
每隔1分钟读取温度1次,共读取6次。
b .主期:从点火开始至传热平衡称为主期。
在读取初期最末1次数值的同时,按一下“点火”按钮即进入主期。
此时每30秒读取温度1次,直到温度不再上升而开始下降的第1次温度为止。
c .末期:这一阶段的目的与初期相同,是观察在试验后期的热交换关系。
此阶段仍是每30秒读取温度1次,直至温度停止下降为止(约共读取10次)。
停止观测温度后,从热量计中取出氧弹,放尽其中的气体,拧开并取下氧弹盖,氧弹中如有烟黑或未燃尽的试样残余,表明试验失败,应重做。
2.萘的燃烧焓的测定称取0.8g ~1g 萘,用与“仪器常数的测定”相同的方法进行测定。
实验结束,用干布将氧弹内外表面和弹盖擦净,最好用热风将弹盖及零件吹干或风干。
五.数据处理1.仪器常数由苯甲酸实验数据按下式计算: ])/[(][12,t T T m q Mm Q K b a m ∆+-⨯+⨯=ν2.量热计热交换校正值Δt ,用奔特公式计算:△t=m(v+v 1) / 2+v 1r 3.萘的恒容燃烧热由实验结果按下式计算:表一 萘燃烧实验数据v= (16.79-17.17)/10=-0.038 1v =(20.42-20.23)=0.019t ∆=(-0.038+0.019)×4/2+0.019×8=0.114℃燃烧反应方20.33程式为:()()()()l O H g CO g O s H 22281041012C +→+()[]{}am Mb m v m q t T T K Q ⨯⨯-∆+-⨯=12, =[(-16052.34)×(20.47-17.54+0.114)-(-1525)×0.0110]×1280.8171=-7651.89KJ/molRT Q nRT U Q H m v m c m p m c 2,,-=∆+∆==∆ =-7651888-2×8.314×293.549=-7656.77 KJ/mol上式中,T(K)为反应温度,可在按下点火按钮时记下精密电子温差测量仪显示的温度读数,等于17.17℃。
4.记录及计算:表二 苯甲酸燃烧实验数据苯甲酸热值:Qv,m=-3227.51 kJ·mol-1V= 17.75-18.03=—0.28v=19.85-19.85=01m= 0.0109g q×m b = t∆=-0.28×3/2=-0.42a-1525J/g⨯0.0048g=-7.32JK=(-3227510×0.0109/122-7.32)/(19.85-18.03-0.42)=-211.20J/℃六.注意事项1.每次使用钢瓶时,应在老师指导下进行;充氧时注意操作,手上不可附有油腻物。
2.坩埚每次使用后,应清洗干净并擦干。
3.试样燃烧焓的测定和仪器常数的测定,应尽可能在相同条件下进行。
4.未取出温感器,不得打开量热计的盖子。
5.点火线安装时不能碰到氧弹壁。
七.思考题1.本实验如何考虑系统与环境?答:氧弹内部空间为体系,氧弹以外为环境,实验过程中有热损耗,可增加氧弹壁的厚度来降低热损耗。
2.固体样品为什么要压成片状?如何测定液体样品的燃烧热?答:压成片状是为了方便称量和安装试验装置,避免在称量和装药品时有损失,影响实验数据的准确性。
而且在点火时受热就比较均衡,固体样品更容易燃烧充分,在测定液体样品时,将液体样品装入坩埚中,将点火丝固定在电极上,有螺旋的部位浸入样品内,并注意点火丝不与坩埚接触。
3.如何用萘的燃烧焓数据来计算萘的标准生成焓?答:就是10C+4H2--->C10H8,生成焓就是反应焓,反应焓等于:10*(碳的燃烧焓)+4*(H2的燃烧焓)-(萘的燃烧焓)【附一】常用压缩气体钢瓶的使用及注意事项一、气体钢瓶的使用及注意事项在物理化学实验中,经常要使用一些气体,例如燃烧热的测定实验中要使用氧气,气相色谱实验中要用到氢气和氮气。
为了便于运输、贮藏和使用,通常将气体压缩成为压缩气体(如氢气、氮气和氧气等)或液化气体(如液氨和液氯等),灌入耐压钢瓶内。
当钢瓶受到撞击或高温时就会有发生爆炸的危险。
另外有一些压缩气体或液化气体则有剧毒,一旦泄漏,将造成严重的后果,因而在物理化学实验中,正确地和安全地使用各种压缩气体或液化气体钢瓶是十分重要的。
使用钢瓶时,必须注意下列事项:1、在气体钢瓶使用前,要按照钢瓶外表油漆颜色、字样等正确识别气体种类,切勿误用,以免造成事故(参见附录二)。
如钢瓶因使用日久后色标脱落,应及时按上述规定进行漆色、标注气体名称和涂刷横条。
2、气体钢瓶在运输、贮存和使用时,注意勿使气体钢瓶与其它坚硬物体撞击,或曝晒在烈日下以及靠近高温处,以免引起钢瓶爆炸。
钢瓶应定期进行安全检查,如进行水压试验,气密性试验和壁厚测定等。
3、严禁油脂等有机物沾污氧气钢瓶,因为油脂遇到逸出的氧气就可能燃烧,如已有油脂沾污,则应立即用四氯化碳洗净。
氢气、氧气或可燃气体钢瓶严禁靠近明火。
4、存放氢气钢瓶或其他可燃性气体钢瓶的房间就注意通风,以免漏出的氢气或可燃性气体与空气混合后遇到火种发生爆炸。
室内的照明灯及电所通风均应防爆。
5、原则上有毒气体(如液氯等)钢瓶应单独存放,严防有毒气体逸出,注意室内通风。
最好在存放有毒气体钢瓶的室内设置毒气鉴定装置。
6、若两种钢瓶中的气体接触后可能引起燃烧或爆炸,则这两种钢瓶不能存放在一起。