燃烧焓的测定

宁波工程学院 物理化学实验报告 专业班级 化工105班 姓名 序号 实验日期2012.3.20 同组姓名 指导老师 仇丹、罗利娟 实验名称 燃烧焓的测定

一、实验目的 1. 用氧弹量热计测定萘的摩尔燃烧焓； 2. 了解量热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的标准摩尔燃烧焓ΔcHθm（B,T）是指1mol指定相态的B物质在温度T和恒压（PΘ）条件下完全燃烧所放出的热量（QP）,其值与以B为反应物（化学计量数B= -1）的燃烧反应的标准摩尔反应焓变ΔcHθm相等。若将燃烧反应系统中的气体均可视为理想气体，则存在以下关系： QP = QV + ΔnRT （式1）

ΔrHθm = ΔrUθm + RTBB(g) （式2）

图1 氧弹式量热计原理构造结构图 本实验采用氧弹式量热计测定萘的燃烧焓，构造如图1所示。测量的基本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身及氧弹周围介质（本实验用水）的温度升高。通过测定燃烧前后量热计（包括氧弹周围介质）温度的变化值，就可以求出该样品的燃烧热。实验测得的是恒容反应 热QV,通过（式1、式2）即可计算得到萘的摩尔燃烧焓ΔcHm。 用该法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套夹。整个量热计可看成是一个等容绝热系统，其热力学能变ΔU为零。其中ΔU包括样品在氧气中等容燃烧的热力学能ΔcUB，引燃丝燃烧的热力学能变ΔcU引燃丝，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ΔU量热计。因此，ΔU可表示为： ΔU = ΔcUB + ΔcU引燃丝 + ΔU量热计 = 0 （式3） 若已知物质的质量，等容燃烧热值及燃烧前后系统温度的变化ΔT，则上式可写成： mB QV,B + lQl + KΔT = 0 (式4)

式中mB 样品的质量（g）；QV,B为样品的等容燃烧热值（J/g）；l为燃烧掉的引燃丝的长度（cm）；Ql为引燃丝的燃烧热值（J/cm）；K为量热计系统的热容量，即每升高1K所需吸收的热量（J/K），而真实温差ΔT可由对实测温差进行修正获得。 本实验先用已知ΔcHθm（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Ql = -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。

三、仪器和试剂 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，温度计（0℃~100℃）一支，点火丝，容量瓶（1000ml）一支，氧气钢瓶 及减压阀一只。 试剂：萘（A.R.）、苯甲酸（A.R.）

四、实验步骤 1、热容量K的测定 （1）准确截取15cm左右的引燃丝，然后将引燃丝中部绕成环状。 （2）苯甲酸称取约0.8~1.0g，在压片机上压成片状。将压好的样品在干净的桌面上敲击2~3次，以除去没有压紧的部分，再在分析天平上准确称量 （3）拧开氧弹盖放在专用支架上，将弹内洗干净，擦干。分别将引燃丝两端固定在氧弹两极柱上，药片置于不锈钢坩埚中，使引燃丝接触药片表面。盖上氧弹盖拧紧。 （4）打开氧气瓶阀门，调节减压阀，使压力达到1~2MPa。将氧弹置于充氧器底座上，使进气口对准充氧器的出气口。按下充氧器的充氧至充氧器压力表值约1.0MPa，用放氧阀将氧弹中的氧气放出（赶出氧弹内的空气），然后再次充入氧气约1MPa，浸入水中检查是否漏气，确认密封良好后方能进行下一步实验。 （5）将充有氧气的氧弹放入内桶底座上，检查搅拌叶片是否正常工作。用量筒量取低于室温的3000mL自来水倒入将数字贝克曼温度计的传感器竖直插入量热计盖上的孔中，其末端应处于氧弹高度1/2处。将点火插头插在氧弹电极上，装好搅拌器。打开控制箱的电源开关，按下“搅拌”键，搅动内桶水，仪表开始显示内桶水温。 （6）约5~6min后，当系统温度变化速度达到恒定时，开始初期温度读数，每隔30s读数一次。当读第十次时，将开关旋至点火档，仍每隔30s读一次主期温度读数，直至两次的温度读数差值小于0.002℃时，再继续读取温度10次。 （7）停止搅拌，取出温度传感器，拔掉引火导线，取出氧弹并擦干其外壳，用放气阀放掉氧弹内的氧气，打开氧弹盖，检查是否燃烧完全。若取出坩埚或氧弹内有积碳，则说明 实验失败，需重做。若无上述情况，则实验成功。取出未烧完的引燃丝，测其长度。 （8）洗净并擦干氧弹内外壁，将内桶蒸馏水倒掉，擦干全部设备。 2、萘的恒容燃烧热值的测定 称取0.6g左右的萘，实验步骤同上。

五、实验记录和数据处理 室温： 288.75 K 大气压力： 101.71 kPa 苯甲酸样品质量： 0.729 g 引燃丝的长度： 15 cm 剩余长度： 0 cm 水夹套中的水浴温度： 285.652 K 表1苯甲酸燃烧引起的温度变化 时间t/min 温度T/K 时间t/min 温度T/K 时间t/min 温度T/K 1 285.655 15 286.591 30 287.232

2 285.727 16 286.769 31 287.234 3 285.748 17 286.89 32 287.234 4 285.764 18 286.975 点火结束

5 285.772 19 287.036 33 287.236 6 285.774 20 287.08 34 287.235 7 285.793 21 287.119 35 287.238 8 285.863 22 287.145 36 287.236 9 285.879 23 287.168 37 287.239 10 285.924 24 287.186 38 287.236 11 285.927 25 287.197 39 287.244 点火 26 287.206 40 287.24 12 285.931 27 287.212 41 287.243 13 286.061 28 287.219 42 287.237 14 286.321 29 287.228 萘样品质量： 0.6602 g 引燃丝的长度： 15 cm 剩余长度： 0 cm 水夹套中的水浴温度： 285.518 K 表2 萘燃烧引起的温度变化 时间t/min 温度T/K 时间t/min 温度T/K 时间t/min 温度T/K 1 285.522 14 286.533 28 287.481

2 285.624 15 286.809 29 287.49 3 285.646 16 286.986 30 287.489 4 285.658 17 287.128 点火后 5 285.705 18 287.237 31 287.496

6 285.669 19 287.292 32 287.496 7 285.673 20 287.336 33 287.497 8 285.674 21 287.375 34 287.499 9 285.673 22 287.401 35 287.502 10 285.677 23 287.422 36 287.498 点火 24 287.443 37 287.498 11 285.679 25 287.456 38 287.498 12 285.862 26 287.467 39 287.498 13 285.223 27 287.475 40 287.498

数据处理 1. 按作图法求出苯甲酸燃烧所引起的温度的变化值，计算量热计的热容量。

图：苯甲酸的雷诺温度校正图

苯甲酸完全燃烧 C6H7O2(S)+15/2O2(g)=7CO2(g)+3H2O(l) 由图2得 △T=287.18-285.81=1.37K 测得m(苯甲酸，s，298.15K)=0.729g 引燃丝剩余=0cm 已知 Ql=-6.699J/cm △cHθm(苯甲酸，S，298.15K)=-3226.7KJ/mol ∴△rHθm=-vB△cHθm=-3226.7KJ/mol ∴△rUθm=△rHθm-RTvB(g)=-3226.7-8.314×10-3×288.75×(7-15/2)=-3227.90KJ/mol ∴QV，苯甲酸=△rUθm×m(苯甲酸，s，298.15K)/M(苯甲酸)

=-3227.90×0.729/122=-19.29KJ/mol

由mBQV,B+lQl+K△T=0得 K=-(mBQV,B+lQl)/△T=-(0.729×-19.29×103+0×-6.699)/1.37=14.062KJ/K

2. 按作图法求出苯甲酸燃烧所引起的温度的变化值，并计算萘的恒容燃烧热。 图：萘的雷诺温度校正图 萘完全燃烧：C10H8(s)+12O2(g)=10CO2(g)+4H2O(l) 由图3得 △T=287.50-285.67=1.83K 测得m(萘)=0.6602g 引燃丝剩余=0cm 已知Ql=-6.699J/cm K=14.062 KJ/K 由mBQV,B+lQl+K△T=0得 萘的恒容燃烧热QV,B=-(lQl+K△T)/m(萘)=-((-6.699)×0+14.062×1.83)/0.6602 =-338.98KJ/g=(-38.98×128)KJ/mol=-4.990×103KJ/mol

3. 计算萘的恒压燃烧热△cHθm=Qp=Qv+△nRT=-4.990×103+(0.6602/128)×8.314×10-3×288.75 =-4.990×103KJ/mol 由数据手册查出萘的标准燃烧焓cHm(萘，298.15K)=5153.9 KJ/mol ∴相对误差=|4.990×103-5153.9| / 5153.9×100%=3.16%

结果与讨论 1.测量体系与环境之间有热交换，就应该使体系与环境交换的热量为零或尽可能小，这样实验数据结果才会更准确。 2.本次实验的环境温度取的是室温，因为数据十分小，所以不用水浴温度也是可以的。