Ciepło spalania związków organicznych
Marcin Górski	Data:
Mirosław Dziergowski	Zaliczenie:

I. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie ciepła spalania związku organicznego w kalorymetrze automaty-cznym.

II. Zasada pomiaru

Pomiar polega na całkowitym spaleniu próbki w atmosferze tlenu pod ciśnieniem w bombie kaloryme-trycznej zanurzonej w wodzie i na pomiarze przyrostu temperatury tej wody.

Całość doświadczenia składa się z dwóch części:

1. Wyznaczenia stałej kalorymetru na podstawie bilansu cieplnego procesu spalania substancji wzorcowej (o znanym cieple spalania).

2. Wyznaczenia ciepła spalania substancji badanej.

3. Schemat aparatury

1. Płaszcz kalorymetru

2. Naczynie kalorymetryczne

3. Bomba kalorymetryczna

4. Tygiel z próbką do spalania

5. Zawór wlotowy

6. Zawór wylotowy

7. Elektrody

8. Termistor

9. Termometr zwykły

10. Mieszadło

11. Drucik wpasowany w próbkę

12. Pokrywa

13. Mieszadło ręczne do wyrównania temperatury w termostacie

4. Wyniki pomiarów

	Symbol	Próbka wz. naftalenu	Próbka kwasu o-ftalowego
Masa drutu zapłonowego przed spaleniem	m1 [g]	0.0117	0.00970
Masa drutu zapłonowego po spaleniu	m2 [g]	0.0016	0.00260
Masa tygla	m3 [g]	5.0991	5.09745
Masa (tygiel+drut+subst.)	m4 [g]	6.1176	6.33570
Masa próbki	m. [g]	1.0185	1.23825

Temperatura próbki wzorcowej			Temperatura próbki badanej
1.Okres	2.Okres	3.Okres	1.Okres	2.Okres	3.Okres
4.034 = T1	4.293	7.330	3.900 = T1	4.161	5.882
4.053	5.553	7.329	3.909	5.050	5.883
4.069	6.471	7.329	3.919	5.441	5.883
4.084	6.880	7.328	3.928	5.614	5.883
4.100	7.062	7.325 = T4	3.937	5.710	5.884 = T4
4.114	7.168		3.945 = T2	5.767
4.125 = T2	7.233			5.804
	7.272			5.827
	7.295			5.841
	7.310			5.852
	7.318			5.860
	7.323			5.863
	7.327			5.867
	7.330			5.869
	7.331			5.871
	7.331 = T3			5.873
				5.875
				5.879
				5.880
				5.880 = T3

5. Obliczenie pojemności cieplnej kalorymetu K.

Aby wyznaczyć pojemność cieplną kalorymetru (stała kalorymetru) K, należy przeprowadzić w nim proces spalania związku organicznego o znanym cieplne spalania. W tym celu przeprowadzono w ka-lorymetrze proces spalania naftalenu C₁₀H₈, którego ciepło spalania pod stałym ciśnieniem w tempera-turze 20^oC wynosi Q_p= -5156.1 [kJ/mol] = -40282.031 [J/g].

Proces przebiega wg. reakcji:

C₁₀H_{8 (s)} +12O_2g) → 10CO_{2 (g)}+4H₂O_(c)

1. Obliczmy Q_v naftalenu z zależności:

Q_p= Q_v + Δν_(g)⋅RT

Δν_(g) - różnica współczynników stechiometrycznych gazowych produktów i substratów reakcji spalania. Dla powyższego procesu różnica ta jest równa:

Δν_(g) = 10-12 = -2.

Q_v = Q_p - Δν_(g) ⋅RT = -5156100 [J/mol] - (-2)8.314 [J/mol⋅K] ⋅293 [K] =

= -5151230.34 [J/mol] = -40243.987 [J/g].

2. Obliczamy stałą kalorymetru K, wg. wzoru:

,gdzie:

- ciepło spalania naftalenu

13. - masa próbki [g]

m₁ - masa drutu zapłonowego przed spaleniem [g]

m₂ - masa drutu zapłonowego po spaleniu [g]

q - ciepło spalania drutu (6698.8 [J/g])

ΔT = T₃-T₂ = 7.331-4.125 = 3.206 [K]

; gdzie x - czas trwania okresu głównego.

czyli:

VI. Obliczenie ciepła spalania Q_v kwasu o-ftalowego (C₈H₆O₄; M=166 [g/mol]).

gdzie:

ΔT = 5.880-3.945 = 1.935 [K]

tak więc:

VII. Przeliczenie Q_v kwasu o-ftalowego na Q_p.

Reakcja spalania kwasu o-ftalowego przebiega zgodnie z reakcją:

C₈H₆O_4(s) + 7.5O_{2 (g)} → 8CO_{2 (g)} + 3H₂O_(c)

Q_p= Q_v + Δν_(g)⋅RT

Δν_(g) = 8-7.5 = 0.5

Q_p = -3272741.792 [J/mol] + 0.5⋅8.314 [J/mol⋅K]⋅298[K] = -3271523.791 [J/mol]=

= -3271.5237 [kJ/mol] = -3271.5 [kJ/mol].

8. Szacowanie błędu bezwzględnego i względnego [ΔQ_v].

Dane:

Q_v^wz = 40243,98 [J/g]

ΔT = T₃ - T₂ = 3,206 [K]

δ₁ = -0,0095

δ₂ = 0,0193

x - czas trwania okresu głównego

dla naftalenu = 16

dla kw. o-flalowego = 20

= 7,8⋅10^-3

= 9⋅10^-3

= 29,57

ΔQ_v =

IX. Wyniki obliczeń.

Substancja	Obliczeniowe ciepło spalania pod p=const [kJ/mol]	Tablicowe ciepło spalania pod p=const [kJ/mol]
NAFTALEN	-	-5156.1
KWAS O-FTALOWY	-3271.5	-3223.6

X. Wnioski

Jak widać wartość obliczeniowa ciepła spalania próbki (kw. o-ftalowy) pod p=const jest zbliżona do wartości tablicowej. Na różnice te mogło wpłynąć:

• parowanie wody,

• pozostałość azotu w powietrzu - tworzenie się tlenków.

1

---