燃烧焓的测定-物化实验————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：图1 量热氧弹实验四 燃烧焓的测定冷向星 ２01001１９76 材0３班（同组实验者:李琦）实验日期：201２-4-5 带实验的老师姓名：陈春1 引言有机化合物的生成焓难以直接从实验中测定,然而有机化合物易于燃烧,含碳、氢和氧等三种元素的有机化合物完全燃烧时生成二氧化碳和水。
从有机化合物燃烧的热效应数据也可以估算反应热效应。
通常燃烧焓在等容条件下测定（即称为“氧弹”的不锈钢容器中燃烧)，所得数据为值,经换算后可得出值。
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ΔＣH m 。
通常,C 、Ｈ等元素的燃烧产物分别为C Ｏ2(g)、H 2Ｏ(l)等。
由于上述条件下ΔH=Q p ,因此ΔＣH 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 Ｕｍ)。
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,ΔＣH ｍ和ΔC U m 的关系为：p V Q Q nRT =+∆ （１）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，结构如图1。
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。
将待测燃烧物质装入氧弹中,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。
当某样品连同辅助物质棉线、金属丝燃烧后，下式成立：V V V rmQ K T Q m Q m M ••=•∆--棉线棉线点火丝点火丝 (2） 式中：m ——为待测物的质量,kg ；r M ——为待测物的摩尔质量,ｋｇ·mo ｌ－1 ;K ——仪器常数，kJ·℃-1 ； T ∆——样品燃烧前后量热计温度的变化值；V Q 棉线，V Q 点火丝——分别为棉线和点火丝的恒容燃烧热（－16７３6和-324３ ｋJ／ｋg)m 棉线,m 点火丝——分别为棉线和点火丝的质量,kg;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、仪器型号弹式量热计1套;热敏电阻1支(约2k Ω)；自动平衡记录仪1台(0—２0mv);温度计1支；200０ml 容量瓶1个；１000ml 容量瓶一个；容积大于3L 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、刷子、氧气瓶公用。
分析纯的苯甲酸和萘。
２．2 实验条件(实验温度、湿度、压力等)温度：18.0℃ 湿度：2８．5％ 气压：101.3１Ｋｐa2.3实验操作步骤及方法要点1,样品准备取镍丝两根和棉线两根分别在分析天平上准确称重。
在台秤上粗称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,用称好的棉线绕在药片上,将镍丝穿入棉线挂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。
通入氧气至真空表不再有变化。
充气后再检查是否通路与漏气,然后将氧弹放入内水桶内。
打开计算机，选择数据采集，双击进入。
２，仪器准备打开数显温度计热量计控制器中的电源,将铂电阻温度计探头放入外水套，测量外水套水温。
用水盆打一盆自来水（体积>3Ｌ），调节水温，使水温低于外水套温度0.７℃左右,用容量瓶量取3L 水倒入内水套桶中,将电极插在氧弹上，盖上盖子,打开搅拌，将铂电阻温度计探头放入内水套桶中。
3，燃烧单击计算机界面中开始。
观察温度显示,当温度没有变化,走过一段平稳的基线后（２分钟左右）,按下点火键，如果点火成功,过半分钟左右温度应升高。
温度不再升高后，继续记录一段水平线,再将铂电阻温度计探头放入外水套中,直到温度没有变化（温度曲线为水平状）,单击完成,并命名存盘。
4,测量未知样品取萘约０．6ｇ,重复上述操作。
２.4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 原始实验数据表格 1 苯甲酸和萘燃烧焓测定实验数据记录苯甲酸萘 棉线质量(g ） 0.０１6２ 0.0154 镍丝质量（g ） 0.0392 0.0４7２ 燃烧后镍丝质量(g) ０.03５１ 0.0393 燃烧的镍丝质量(ｇ) 0.00４1 0.０079 药片＋棉线＋镍丝(g)0.8４35 ０.６616 药片(g) ０.7881 0.5９９0 外套水温(oC ） 18.750左右 1９.105左右 摩尔质量(ｇ/mol ）122.1２1２８.1７内外套水温在变化中,故所记录温度不为精确值。
３.2 实验数据处理1.利用实验室计算机处理选择并双击物理化学实验，选择并双击燃烧焓测定，输入镍丝、棉线、剩余镍丝、总质量及标准只样品和被测样品的摩尔质量，点击打开，选择并打开文件，交替移动光标1和2到点火前一段平稳的基线位置,点击线性拟合1，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)，点击线性拟合2，交替移动光标移动到外套水温曲线位置,点击线性拟合3,移动光标,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,点击计算△H ；如果线性拟合交点不理想，点击刷新，移动光标重新拟合。
确定后，点击提交,峰高值就会显示出来。
两条曲线都处理完成后，点击计算处理，就可以得到被测样品的燃烧焓值。
经计算机处理得Q V =-５3６2.0667k Ｊ/mol ，p V Q Q nRT =+∆=－5３67.０2４0k Ｊ/mo ｌ2.利用Origi ｎ 处理数据将苯甲酸组的数据作图并拟合，得到:图２苯甲酸数据处理图将萘组数据作图并拟合,得到：图3 萘数据处理图可得到苯甲酸曲线峰高12７.83mｖ,萘曲线峰高147．４1mv。
３．2计算的数据、结果将数据代入公式：V V V rmQ K T Q m Q m M ••=•∆--棉线棉线点火丝点火丝,其中: ｍ=０.7８８1g, Mr =1２2.1２ｇ，Q V =－3326.０ k Ｊ/mol, m 棉线= 0.０162ｇ， m 镍丝（燃烧部分）=0.0０41g; 由公式：p V Q Q nRT =+∆ 6522215()()7()3()2C H COOH O CO H O +=+固气气液 可以求得Ｑv ＝ -33２４.8 kJ/m ｏｌ。
得到K ＝-170.０8J/ｍv 。
再将K 值代入公式,求萘的燃烧焓 m =0.599０g ， Ｍr =128．１７g,ｍ棉线= ０.０15４g , m 镍丝（燃烧部分)＝0.0０79g ； 得到 ＱV =－5３０３.91kJ 。
反应方程式为： C １0 H8 (s ） + 12 Ｏ2 (ｇ) = 10 ＣO2 (g ） ＋ ４ H2 O(l) ,mol n 2-=∆p V Q Q nRT =+∆=－5308.8７ｋＪ/ｍｏl 。
３.３讨论分析3.3.1数据分析比较萘摩尔燃烧焓的文献值为-51５3.9 kJ/ｍｏl （298．15Ｋ，1０1325Pa ）：采用计算机软件进行数据处理得到的结果为-5３67．0２40k Ｊ/m ｏｌ,相对偏差为4.1４%；运用公式计算得到的结果为-53０８.８7k Ｊ/m ｏｌ，相对偏差为3.０1%,两种数据处理方法结果相似，误差均在5%以内。
３．3.2误差分析测量值与理论值出现了一定的误差，分析其中原因，主要有以下几个方面：1，反应温度（外水套温度）一直处于变化之中,无法精确测量,故计算的摩尔燃烧焓的实际值与文献值略有差异。
2,燃烧焓的定义中要求燃烧前后温度不变，实验中却是需要利用内水桶水温的升高来进行曲线峰值的计算，属于非等温反应系统。
在计算方法上进行了简化,认为温度近似不变。
３,尽管内水桶与外水套之间以空气隔热但系统并不能做到严格绝热，热交换是存在的,具体表现为外水套的温度点火后会升高。
为了减小热交换的影响,内水桶点火前水温应调节成比外水套温度低0．7℃左右(这样测量过程中的吸热量会近似等于放热量)。
但是由于在内同水倒入的过程中温度会发生变化,故温差会减少。
在本次试验中两组实验的温差都小于０.7℃,导致曲线峰高变大,导致测定的燃烧焓偏大。
４,操作方面不严格，例如在制作药片时应该带手套,徒手操作对样品的质量测量会带来误差。
５，氧弹中除了氧气外还有一部分空气,空气中的氮气也会燃烧放热,但在本实验中并未校正。
3.3．３异常现象分析无异常现象。
4 结论4.1采用计算机软件进行数据处理得到的结果为萘的燃烧焓＝-53６７.0２40kJ/mo ｌ4.2运用公式计算得到的结果为萘的燃烧焓＝-5308.87k Ｊ/mol５ 参考文献《基础物理化学实验》（贺德华 麻英 张连庆 编，高等教育出版社，２0０８)6 附录6.1 思考题１.本实验中如何考虑系统与环境?系统与环境通过哪些途径热交换?这些热交换结果影响怎样?如何校正?内水桶以内为系统，具体包括氧弹、测温器件、搅拌器和水，近似为绝热系统。
内水桶以外的外水桶和水为环境。
系统和环境通过内外水桶之间的空气对流进行热交换。
这些热交换使得环境吸收系统的热量，系统升温变慢。
可以通过雷诺法校正。
2．使用氧气时要注意那些问题?(1）气瓶应专瓶专用，不能随意改装，各种气压表一般不得混用；（２)气瓶应存放在阴凉、干燥、远离热源的地方,氧气是强助燃气体，气瓶与明火距离不小于5 米;(3）搬运气瓶时要轻要稳,放置要牢靠； (4）操作时氧气瓶严禁油污;(5)不可将气体气瓶内用尽,以防倒灌;(6）开启气门时应站在气压表的一侧,不准将气瓶总阀对准头或身体，以防万一阀门或气压表冲出伤人。