四川理工实验报告-有机物燃烧焓的测定 (2)
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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。
宁波工程学院物理化学实验报告专业班级姓名实验日期同组姓名指导老师实验名称实验一、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+△nRT ①△rHm=△rUm+RT∑V b(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 =△cU B+△cU(引烧丝)+△U(量热计)m B Qv,B+l Q l+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= -2Q1=-6.699J/mol △cHm(苯甲酸,s,298.15K)=-3226.7KJ/moi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。
实验二 燃烧焓的测定【实验目的】1. 掌握数显氧弹式热量计测定物质燃烧焓的热力学原理及方法;2. 了解数显氧弹式热量计的构造并掌握其使用方法。
【实验原理】物质的标准摩尔燃烧焓(变)Δc H m (B,T)是指在温度T 和标准状态下,由1 mol 指定相态的物质与氧气完全氧化的等压反应热。
在适当条件下,很多有机物都能在氧气中迅速地完全氧化,从而可以利用燃烧法快速准确地测定其燃烧焓。
燃烧焓通常用热量计测定。
但是用氧弹式热量计(如图II-2-1)测得的不是摩尔燃烧焓Δc H m ,而是摩尔燃烧热力学能(变)Δc U m 。
若把参与反应的气体视为理想气体,并忽略压力对燃烧焓的影响,则可按下式将摩尔燃烧热力学能换算成标准摩尔燃烧焓:Δc H m (B,T)=Δc U m (B,T)+ΣB νB(g)RT (2.1)式中νB(g )为参加反应的气体物质的化学计量数,对反应物νB(g)取负号,而对产物νB(g)取正号。
用氧弹式热量计测定燃烧焓时,要尽可能在接近绝热的条件下进行。
实验时,氧弹放置在装有一定量水的内桶中,内桶外是空气隔热层,再外面是温度恒定的水夹套。
整个热量计可看做一个等容绝热系统,其热力学能变ΔU 为零。
ΔU 由四部分组成:样品在氧气中等容燃烧的热力学能Δc U(B);引燃丝燃烧的热力学能Δc U 。
氧弹中微量氮气氧化成硝酸的等容生成热力学能Δf U(HNO 3);热量计(包括氧弹,内桶,搅拌器和温度感应器等)的热力学能变化ΔU (热力计)。
因此,ΔU 可表示为:ΔU=Δc U (B)+ ΔU c(引燃丝)+Δf U (HNO3)+ ΔU (热量计)式中Δf U (HNO3)相对于样品的燃烧热值极小,而且氧弹中的微量氮气可通过反复充氧加以排除,因此可忽略不计,上式则变为:ΔU=Δc U (B)+ Δc U (引燃丝)+ ΔU (热量计)=0如果已知物质的质量、等容燃烧热值及燃烧前后系统温度的变化ΔT ,则上式还可以写为更实用的形式:m (B )·Q v(B) + m 2Q 2 + C ΔT = 0 (2.2)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);m 2为燃烧掉的引燃丝的质量(g );Q 2为引燃丝的燃烧热值(J·g -1)。
物理化学实验报告实验名称:______________ 燃烧熔的测定_________学院:化学工程学院__________专业:化学工程与工艺班级: _____________________________姓名: ______ 学号:________________指导教师:____________________________________日期: _____________________________一、实验目的1、用氧弹式量热计测定荼的燃烧焙。
2、明确燃烧焙的定义,了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别。
3、了解氧弹式量热计中主要部分的作用,掌握氧弹式量热计的实验技术。
4、学会用雷诺作图法校正温度变化值。
二、实验原理1、燃烧焰是热化学中重要的基本数据,在非体积功为零的情况下,物质的燃烧焙常以物质燃烧时的燃烧热来表示,即△ cHnFQp,nu测定物质的燃烧焰实际就是测定物质在等温、等压下的燃烧热。
2、量热法是热力学实验的一个基本方法。
等压燃烧热(Qp)与等容燃烧热(Q)之间的关系为:Qp,m =Qv,m + L v (g)RT3、氧弹式量热计属于一个等容系统,且热力学能变=0o即Ac U B+A C U 9|«tt+AU M计=0 ;可化作:m3Q v.B+lQ3+KAT=0三、实验准备1、主要药品:荼约0. 6g,苯甲酸约0. 8go2、主要仪器:氧弹式量热计、压片机、贝克曼温度计、温度计(100°C)、引燃丝(15cm).量筒(2000ml)、氧气钢瓶及减压阀等。
四.实验装置图> 2.L —;计原埋给构图1一马迖:2—挽拧皓帕“ 3=夕卜左入飞4绝站4眛Af让热内柄: &外仝内7以即讣外哀;8 議汤水$ 4远奔「6水俶沪型£1 ;I ■■数宇UI魁吳沁康卜感应器1四、实验步骤1、热容量K的测定(1)截取15cn)引燃丝,将其中部绕成环状。
(2)称取苯甲酸约0. 8g,压成片状,并放桌上敲击2次,去除没压紧的部分,再次称量。
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。
燃烧焓的测定实验原理[实验二燃烧焓的测定]实验二燃烧焓的测定一、目的要求1.学会用氧弹热量计测定萘的燃烧焓。
2.了解氧弹热量计的原理、构造及使用方法。
3.进一步明确恒容燃烧焓与恒压燃烧焓之间的区别和联系。
4.学会雷诺图解法,校正温度改变值。
二、实验原理1.摩尔物质完全氧化时产生的焓称为燃烧焓。
所谓完全氧化是指C变为CO2(气),H变为H2O(液),S变为SO2(气),N变为N2(气),金属如银等都成为游离状态。
通常测定物质的燃烧焓,是用氧弹热量计,样品完全燃烧所释放的能量使得氧弹本身及其周围的介质和热量计有关的附近的温度升高,但整个量热计(连同样品、助燃物、水、气、弹体、搅拌物等)可以看作是等容绝热系统,其热力学能变△U=0。
△U由4个部分组成:样品在氧弹中等容燃烧产生的△U1,引燃物质燃烧产生的△U2,微量氮气氧化形成硝酸的能变△U3(极少,可忽略),量热计自身的能变△U4。
于是△U=△U1+△U2+△U3+△U4=0,该式还可写成如下更实用的式子,即W样Qv/M+(l·Q镍丝+mQ棉纱)+0+(W 水C水+C计)△T(1)测量介质在燃烧前后温度的变化值,就可计算出该样品的恒容燃烧焓。
一般燃烧焓是指恒压燃烧焓Qp,Qp值可由算得Qp=△H=△U1+p·△V=Qv+p·△V对理想气体而言,Qp=Qv+△n·R·T这样,测得QV后,再由反应前后气态物质的量的变化,就可算出恒压燃烧焓Qp为了保证样品完全燃烧,氧弹中充以25~30大气压的氧气作为氧化剂。
氧弹放置在装有2000ml水的不锈钢水桶中,水桶外是空气隔热层,再外面是温度恒定的水夹套,样品在氧弹中进行燃烧(见图2-2和2-3)。
但是,要使体系完全绝热还无法办到,环境和体系间总会有一定的热交换,因此,实测的温度变化值与恒容完全绝热体系的温度变化△T存在偏差,必须加以校正。
可采用雷诺作图法校正温度变化值,将实验测量的体系温度与时间数据作图,得曲线CAMBD,见图2-1(a),在样品燃烧之前,由于体系被搅动做功和微弱吸热(环境比体系温度高)体系温度随时间微弱升高,见CA线段,A点为样品点火时体系的温度,点火时,样品燃烧放出的热量使体系温度升高,达到最高点B,见AB线段,随后由于体系微弱放热(此时体系比环境温度高),温度随时间微弱下降,见线段BD。
实验2 燃烧焓的测定【实验目的】1. 掌握数显氧弹式热量计测定燃烧焓的热力学原理; 2. 了解数显氧弹式热量计的构造并掌握其使用方法。
【实验原理】物质标准摩尔燃烧焓燃烧焓是指在温度和标准状态下,由1 mol 指定相态的物质与氧气完全氧化的等压反应热,记为∆c H m (B,T )。
在适当条件下,很多有机物都能在氧气中迅速地完全氧化,因此可利用燃烧法快速准确地测定其燃烧焓。
测定装置:氧弹式热量计,如图2.1(介 绍氧弹式热量计结构,待测物燃烧处,等容绝热系统)。
因在氧弹式热量计中被测物质在定容下燃烧,因此测得的为Q V ,即∆c U m 。
但根据∆c H m (B ,T )=∆c U m (B ,T )+ ∆pV 若视为理想气体(∆PV =∑B νB(g )RT ),并忽略压力对∆c H m (B ,T )影响,则:∆c H m (B ,T )=∆c U m (B ,T )+ ∑B νB(g )RT ( 2.1)∆c U m (B ,T )测定原理:整个热量计可看做一个等容绝热系统,故∆U =0。
∆U 由四部分组成:○1样品在氧气中等容燃烧的∆c U (B);○2引燃丝燃烧的∆c U 。
○3氧弹中微量氮气氧化成硝酸的∆f U (HNO 3) ,即等容生成热力学能;○4热量计(包括氧弹,内桶,搅拌器和温度感应器等)的∆U (热力计)。
因此:∆U=∆c U (B)+ ∆c U (引燃丝)+∆f U (HNO 3)+ ∆U (热量计)=0∆f U (HNO 3)相对于∆c U (B)极小,而且氧弹中的微量氮气可通过反复充氧加以排除,因此∆f U (HNO 3)可忽略不计,上式则变为:∆U=∆c U (B)+ ∆c U (引燃丝)+ ∆U (热量计)=0 更实用的形式:m (B )·Q v (B) + m 2Q 2 + C ∆T = 0(2.2)实验测得能当量C 后,根上式计算Q v (B),进而换算为∆c U m (B,T)(除以M B )。
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。
实验二燃烧焓的测定一、实验目的:1、使用弹式量热计测定萘的燃烧焓。
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及相互关系。
2、了解量热计的原理和构造,掌握其使用方法。
3、掌握贝克曼温度计的使用方法。
4、学会用雷诺图解法校正温度变化。
二、预习要求:1、明确燃烧热的定义,了解测定燃烧热的意义。
2、了解氧弹式量热计的原理和使用。
熟悉温差测定仪的使用。
3、明确所测定的温差为什么要进行雷诺图校正。
3、了解氧气钢瓶的使用及注意事项。
三、实验原理: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:燃烧热可在恒容或恒压情况下测定。
由热力学第一定律,恒容过程的热效应Q v,即ΔU。
恒压过程的热效应Q p,即ΔH。
它们之间的相互关系如下:Q p=Q v + Δn(RT) (2.1)或ΔH= ΔU+ Δn(RT) (2.2)其中Δn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。
本实验通过测定萘的恒容燃烧热,然后再计算出萘的恒压燃烧ΔH。
在实验中用压力为2.5~3Mpa的氧气作为氧化剂。
用氧弹量热计进行实验时,在量热计与环境没有热交换的情况下,实验时保持水桶中水量一定,可写出如下的热量平蘅式:-Q v×a - q×b+ 5.98c = C卡×△T(2.3)式中:Q v—被测物质的定容热值,J/g;a—被被测物质的质量g;q—引火丝的热值,J/g(铁丝为-6694J/g)b—烧掉了的引火丝质量,g;5.98—硝酸生成热为-59831J/mol,当用0.100mol/lNaOH滴定生成的硝酸时,每毫升相当于-5.98J(由于此项结果对Q V的影响甚微,所以常省去不做);c—滴定生成的硝酸时,耗用0.100mol/lNaOH的毫升数;C卡为量热卡计的热容J/K;△T—与环境无热交换时的真实温差。
有机物燃烧焓的测定报告人:曾辉 实验时间2011年03月28日一、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、实验原理热化学中定义:在指定温度和压力下,1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),SO 2,而N,Cl 等元素则变为游离状态。
根据热力学的定义,反应的焓变等于恒压过程的热效应,所以,某物质的燃烧焓ΔC H m 也就是该物质燃烧反应的恒压热效应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。
但是,有机物的燃烧反应都有气体参与,并且反应前后气体的量通常要发生变化,因此,测量过程中不易控制燃烧为恒压过程或等呀过程。
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,根据热力学理论推导可得ΔC H m 和ΔC U m 的关系为:ΔC H m =ΔC U m +Δn(g)RT 或 Q p,m =Q V,m +Δn(g)RT (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);Δn(g)为燃烧反应前后气体物质的量之差,由反应方程式可求。
通过实验测得Q V,m (J·mol -1)值,根据式(1)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:通过量出已知量地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反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。
内筒和外筒视为绝热良好,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 ,单位为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 ,单位为J·K -1·g -1)及量热器本身(热容为C m ,单位为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 a m -⨯=-⨯+-=⨯+⨯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;设K=-( C m+c w· w m),一套仪器,当内筒中的水量一定时,K值恒定,因此,称K为仪器常数(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=T2 - T1,代入式(2),即可求得待测物的燃烧Q v,m或ΔC U m。
实际上,氧弹式热量计的内筒和外筒间不是严格的绝热系统,再加上传热速度的限制,燃烧后由最低温度达最高温度需一定的时间,并且有搅拌的存在,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)。
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1mm的柱状棒上,将其中段绕成螺旋形5~6圈。
2)压片:用台秤预称取0.9~1.1g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)。
为保证点火丝和样品接触良好,也可用已知燃烧热的棉线捆住样品片,将点火丝穿入棉线,即可保证接触良好。
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。
然后轻轻旋进减压阀螺杆(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:在外筒中装满自来水。
内筒正确放在绝缘垫上,调整好搅拌器,注意不要让叶轮碰撞内筒壁。
将氧弹放在内筒正中央铁架上,接好点火插头,用容量瓶加入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、内筒壁接触,使导线从盖孔中出来,安装即完毕。
6)数据测量:打开精密电子温差测量仪,打开搅拌器,设定温度读数时间间隔为30s 。
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。
整个数据记录分为以下三个阶段:(1)、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1min 读取温度1次,共读取6次。
(2)、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30s 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。
若点火后1min 内未看见温度有明显的迅速上升,说明点火不成功,应停止试验,查找原因后重做。
(3)、末期:若实验中长时间温度上升(或下降)很慢,如温差变化小于0.005℃时,可视为进入末期。
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30s 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,用专用工具放尽氧弹中的气体,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,其原因通常是氧气不足(如漏气),应重做实验。
2、萘的燃烧焓的测定(1)倒出内筒中的水。
(2)称取0.8g ~1g 萘,用与“仪器常数的测定”相同的方法进行测定。
(3)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 ∆+-⨯+⨯=ν式中,M 为苯甲酸的摩尔质量;T 1为主期的第一个温度(即点火温度);T 2为主期的最后一个温度;Δt 为量热计热交换校正值;其余参数与式(1)中的相同。
2、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式中,v 为初期温度变化率;v 1为末期温度变化率;m 为在主期中每0.5min 温度上升不小于0.3℃的间隔数,第一间隔不管温度升高多少度都计入m 中;r 为在主期每0.5min 温度上升不小于0.3℃的间隔数。
3、记录及计算示例:表2.1 苯甲酸燃烧实验数据环境温度:22.04℃; 系统温度:21.34℃;苯甲酸热值:=-3227.51 kJ ·mol V=(0.066-0.161)/10=-0.0095 1v =(1.804-1.830)/10=-0.0026t ∆=(-0.0095-0.0026)⨯3/2+(-0.0026)⨯9=0.04155℃a m =0.8759g qb m ⨯=-1525J/g ⨯0.0108g=-16.47JK=(-3227510×0.8759/122-16.47)/(1.796-0.393+0.04155)=-16052.38J/℃4、萘的恒容燃烧热由实验结果按下式计算:表2.2 萘燃烧实验数据v=(0.033-0.099)/10=-0.0066 1v =(2.381-2.408)/10=-0.0027t ∆=(-0.0066-0.0027)×4/2+(-0.0027)×8=-0.0402℃燃烧反应方程式为:()()()()l O H g CO g O s H 22281041012C +→+()[]{}am Mb m v m q t T T K Q ⨯⨯-∆+-⨯=12,=()()()[](){}1280110.015250402.0348.0372.234.16052⨯⨯---+-⨯-=-4985.88KJ/molRT Q nRT U Q H m v m c m p m c 2,,-=∆+∆==∆=-4985883-2×8.314×293.549=4990.76KJ/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20.399℃。
六、注意事项(1)、样片压片要压紧。
(2)、充氧时要注意安全,注意操作时,人应站在侧面,手上不可附有油腻物。
(3)、每次使用钢瓶时,应在老师指导下进行。
(4)、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。
(5)、未取出温感器,不得打开量热计的盖子。
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)八、实验总结本次实验主要是对上一次实验的精密电子温差测量仪的再度操作,再一次对它进行温故而知新,我们能够对精密电子温差测量仪的使用进行熟悉的操作。