燃烧焓的测定-2006030027

燃烧焓的测定吴大维 2006030027 生64 同组实验者：王若蛟实验日期：2008年3月7日提交报告日期：2008年3月21日助教：卢晋1引言1.1 实验目的1．使用弹式量热计测定萘的燃烧焓。

2．了解量热计的原理和构造，掌握其使用方法。

3．掌握热敏电阻测温的实验技术。

1.2 实验原理当产物的温度与反应物的温度相同，在反应过程中只做体积功而不做其它功时，化学反应吸收或放出的热量，称为此过程的热效应，通常亦称为“反应热”。

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CO2(g)、H2O(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。

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（即燃烧反应的摩尔燃烧内能变ΔC U m）。

若反应系统中的气体物质均可视为理想气体，根据热力学推导，ΔC H m和ΔC U m的关系为:（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为摩尔燃烧内能变(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。

产物取正值，反应物取负值。

通过实验测得Q V值，根据上式就可计算出Q p，即燃烧焓的值ΔC H m。

测量热效应的仪器称作量热计，量热计的种类很多，一般测量燃烧焓用弹式量热计。

本实验是用氧弹式量热计进行萘的燃烧焓的测定，结构如上图。

实验过程中外水套保持恒温，内水桶与外水套之间以空气隔热。

同时，还把内水桶的外表面进行了电抛光。

这样，内水桶连同其中的氧弹、测温器件、搅拌器和水便近似构成了一个绝热系统。

量热仪的外桶盖为提升式。

将其向上提到限位高度，顺时针旋转约90度，便可停放住。

点火电极的上电极触头、内水桶搅拌器及测温器件均固定在外桶盖上，当把桶盖旋转到适当位置降下时，它们便都处于预定位置。

搅拌器的马达也固定在外桶盖上，其电源线及点火电极连线经桶盖内部与量热仪的电控部分连通。

氧弹的另一极经弹杯、内水桶及外水套与电控部分连通。

将待测燃烧物质装入氧弹时，充入足够的氧气。

氧弹放入装有一定量水的内桶中，盖好外桶盖。

以电控部分各开关控制搅拌并实现燃烧点火，用热敏电阻作为测温元件，用电子自动平衡记录仪连续记录内桶水温度的变化。

当温度变化不大时，可以认为热敏电阻阻值变化与温度变化成正比；当阻值变化不大时，电桥的不平衡电势U 与阻值变化成正比。

所以U ∞∆T由于U 与记录仪的记录曲线峰高∆h 成正比，故∆T=a ∆h （2）式中a 为比例常数。

设系统（包括所有内水桶中的物质）的热容C 为常数，则当某样品连同辅助物质棉线、金属丝燃烧后，下式成立：B c B Bm U C T Ca h K h M ∆∙=∆=∆=∆∑ （3） 式中：c B U ∆--------物质B 的摩尔燃烧内能变，J ·mol-1 B m ---------物质B 的质量 ，kgB M ---------物质B 的摩尔质量 ，kg ·mol -1C-----------系统热容，也称能当量或水当量 J ·K-1K-----------仪器常数，J ·mm -1 h ∆---------记录仪记录曲线峰高， mm先燃烧已知燃烧焓的物质（如苯甲酸），标定仪器常数K ，再燃烧未知物质，便可由上式计算出摩尔燃烧内能变。

2 实验操作2.1 实验药品、仪器型号及测试装置示意图实验仪器：GR3500型弹式量热计1套； 热敏电阻1支（约2k Ω）；大学化学实验计算机接口； 温度计1支；2000ml ，1000ml 容量瓶各1个； 3000ml 装水盆1个；镊子1把。

压片机、镍丝、棉线、万用表、台秤、分析天平、剪刀、尺子、氧气瓶功用。

实验药品：分析纯的苯甲酸和萘。

2.2 实验条件实验温度：19.5℃2.3 实验操作步骤及方法要点2.3.1 样品准备在台秤上称量约0.8g苯甲酸，在压片机上压成片状，取出药片并轻轻去掉黏附在药品上的粉末，用棉线绕在药片上，将镍丝穿入棉线后在分析天平上准确称量。

将苯甲酸片上的镍丝紧拴在氧弹的两根电极上。

用万用表检查是否通路，旋紧弹盖。

通入1.0MPa的氧气。

充气后再检查是否通路与漏气，然后将氧弹放入内水桶内。

2.3.2 仪器准备接好线路，先将热敏电阻放入外水套，后将热敏电阻放入水盆中，调节水温，使内外大约相差0.6度。

准确称取水3000ml倒入内桶中，盖好桶盖。

打开量热仪电源，开动搅拌器，接下导通实验开关。

2.3.3 燃烧当基线走成直线后接下点火开关，若在半分钟之内迅速移动表示点火成功。

关掉点火开关，待升温结束后走出直线后停止记录仪。

停止搅拌，取出热敏电阻放入外水套中，此时记录笔所指位置为内外水套温度相等处。

用电脑软件进行数据处理。

切断量热仪热源，取出氧弹，放出燃烧废气。

旋开弹盖，检查样品是否燃烧完全，若有黑色物质，实验失败。

若燃烧完全，将剩余鎳丝取下称量，倒出内水桶水，将氧弹洗净、擦干。

2.3.4测量未知样品记录外水套温度。

在台秤上面称取约0.6g萘，重复以上操作。

2.3.5实验结束整理仪器，用计算机拟合数据线并求出萘的燃烧焓，实验结束。

2.3.6 实验注意事项1．称取样品不可过量，否则会升温过高，记录信号超出量程。

2．氧弹充气后一定要检查确信其不漏气，而且要再次检查两电极间是否通路。

3．将氧弹放入量热仪前，一定要先检查点火控制键是否位于“关”的位置。

点火结束后，即将其关掉。

4．氧弹充气操作过程中，人应站在侧面，以免意外情况下弹盖或阀门向上冲出发生危险。

3 结果与讨论3.1 原始实验数据表1 实验原始数据记录被测项目苯甲酸 萘 棉花质量（g ）0.0039 0.0041 镍丝总质量（g ）0.0083 0.0081 总质量（g ）0.7364 0.6269 镍丝剩余质量（g ）0.0076 0.0068 外水套温度（℃）18.407 18.645 被测物分子量122.12 128.17 峰高Δh （mV ）97.5984 131.78383.2 计算的数据、结果1和2到点火交替移动光标1和2到完全燃烧后温度不变的位置（水平线位置）光标，将绿色光标放在拟和曲线３与升温曲线的交点上，蓝色光标放在升温曲线上的任何位置，值。

用计算机计算出萘的燃烧焓为-5391.1504 KJ/mol接下来用公式（3）及修正公式（1）计算萘的燃烧焓。

已知B c B Bm U C T Ca h K h M ∆∙=∆=∆=∆∑，棉线和镍丝的燃烧内能变为-16736KJ/Kg 和-3243KJ/Kg ，苯甲酸摩尔燃烧焓为-3231.3KJ/mol1mol 苯甲酸完全燃烧反应方程式：C 7H 6O 2+7.5O 2→7CO 2+3H 2O即可得出∑νB (g)=-0.5代入(1)式：得出苯甲酸摩尔燃烧内能变为-3230.1KJ/mol则（3）等号左边为[-3230.1*1000*(0.7364-0.0039-0.0083)/122.12-16736*0.0039-3243*0.0007]J 即-19222.6J ，求得K=-196.963J/mV对于被测样品萘，（3）等号右边为-25956.5J左边为[ΔC U*1000*(0.6269-0.0041-0.0081)/128.17-16736*0.0041-3243*0.0013]J求得萘的ΔC U 为-5396.96KJ/mol1mol 萘的完全燃烧反应方程式：C 10H 8+12O 2→10CO 2+4H 2O进而求得萘的摩尔燃烧焓为-5401.92KJ/mol ，于计算机结果基本一致。

3.3 讨论分析3.3.1 与标准值对比计算相对误差萘的标准摩尔燃烧焓约为-5000KJ/mol ，计算相对误差得：|-5000-（-5401.92）|/|-5000|=8.04%<10.0%3.3.2 误差分析本次实验在多个环节都引入了可能造成误差的操作，其中最主要的误差来自样品燃烧过程中量热计本身并不能保证绝热，只能保证等容。

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。

于是我们在实验中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（见下图）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（。

取A、B两点之间垂直于横坐标的距离的中点O作平行于横坐标的直线交曲线于M点，通过M点作垂线ab，然后将CA线和DB线外延长交ab线于E和F 两点。

则F点与E点的温差．即为校正后的温度升高值△T。

本次实验中量热计绝热情况良好，热量损失很小，但由于搅拌不断引进少量能量，使燃烧后最高点不出现，随时间推移BD接近直线，如图中右边一幅所示，这时仍可按相同原理校正。

本试验依靠上图中的那些线相对位置的差值来测量计算峰值，而且没有像上面所说的用中点来处理数据，而是加入了一条线外水桶温度的线也就是环境温度的线。

因为我们认为环境温度是相对稳定的，所以用它作为参考的量将使实验结果更加准确。

除了热交换外，还有很多因素能够引起误差：药品压片称量后仍可能在操作中损失很小一部分，而且样品暴露在空气中可能受潮；充入的氧气很难保证绝对纯净，内部会有空气（主要成分为氮气）存在，在样品燃烧时氮气将形成硝酸；因为实际实验中无需调节水温，不能保证桶内外0.6℃的温差；样品燃烧完全后将剩余镍丝取下再次称量，如果不够小心，镍丝可能沾上氧弹上的水，这样剩余镍丝质量将增大。

上述误差不论出现在用苯甲酸标定的环节还是出现在样品萘的测定环节，均会使实验结果偏大或偏小（出现在不同环节对结果大小的影响很可能是相反的）。

当然，天平和记录仪器（电脑）本身也存在仪器误差，但由于仪器引入的不确定度未知，很难由此估算萘燃烧焓的相对误差。

4 结论本次实验测得萘的燃烧焓为-5391.1504 KJ/mol5 参考文献清华大学化学系物理化学实验编写组，物理化学实验，清华大学出版社，1992。

6 附录（思考题）6.1 本实验中如何考虑系统与环境？答：本实验中，把氧弹和内水桶看作孤立系统，把外水桶及其外部看作环境。

氧弹和内水桶系统在燃烧过程中理论上绝热恒容。

6.2 如何考虑标准燃烧焓定义中的“标准”？怎样求得25度下的标准燃烧焓？答：“标准”指在指定压强（通常为101kpa）和指定温度下，1摩尔标准物质燃烧产生的热量。