T-4 ost

Kornelia Ciok Małgorzata Cyraska Klaudia Wiśnioch

Sprawozdanie Ćwiczenie T – 4 Temat: Ciepło spalania ciał stałych Cel: Wyznaczenie ciepła spalania i wartości opałowej paliwa stałego – kwasu salicylowego. Sposób wykonania: Dla roztworu wzorcowego, czyli kwasu benzoesowego, wykonano pastylkę z drucikiem zapłonowym wewnątrz (zarówno substancje z której wykonano pastylkę jak i drucik zapłonowy uprzednio zważono). Wykonaną pastylkę, którą wcześniej zwarzono umieszczono w bombie kalorymetrycznej, przepłukano ją tlenem, napełniono nim, a następnie umieszczono w kalorymetrze i rozpoczęto właściwy pomiar czasu i temperatury spalania substancji wzorcowej. Następnie wykonano drugą pastylkę z substancji badanej czyli kwasu salicylowego i postępowano analogicznie jak dla substancji badanej.

Dane:    

Kwas benzoesowy – substancja wzorcowa masa substancji: 1 g masa drucika zapłonowego przed pomiarem: 0,0118 g masa pastylki (drucik+substancja): 1,0279 g masa drucika po pomiarze: 0,0087 g

   

Kwas salicylowy – substancja badana masa substancji: 1 g masa drucika zapłonowego przed pomiarem: 0,0138 g masa pastylki (drucik+substancja): 0,9749 g masa drucika po pomiarze: 0,0074 g

Ciepło spalania drucika zapłonowego wynosi 6700 J/g. Ciepło spalania kwasu benzoesowego cz.d.a. wynosi 26500 J/g.

1

Wyniki pomiarów:

Lp. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23.

Kwas salicylowy Okres początkowy T [°C] 2,850 2,864 2,874 2,864 2,854 Okres główny 3,054 3,707 4,304 4,451 4,512 4,567 4,603 4,628 4,656 4,660 4,670 4,678 4,666 Okres końcowy 4,652 4,656 4,701 4,706 4,710

Lp. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23.

Kwas benzoesowy Okres początkowy T [°C] 4,752 4,759 4,765 4,774 4,760 Okres główny 4,766 4,960 5,767 6,265 6,566 6,754 6,856 6,912 6,951 6,975 6,950 Okres końcowy 7,003 7,011 7,015 7,018 7,020 7,024 7,025

2

1. Wyznaczenie stałej kalorymetrycznej K. Stałą kalorymetryczną wyznaczamy w oparciu o próbkę wzorca z zależności:

K  t u   mi  Qsi gdzie:  K – stała kalorymetryczna  Δtu – przyrost temperatury układu kalorymetrycznego w tzw. okresie głównym z uwzględnieniem poprawki na promieniowanie  mi – masa substancji spalonej  Qsi – ciepło spalanie substancji spalonej Do wyznaczenia poprawki na promieniowanie stosujemy wzór Szczukariewa:

t p  n  to 

tn  to m  2r  2

gdzie: n – ilość odczytów temperatury w okresie głównym m - ilość odczytów temperatury w tej części okresu głównego, w której temperatura wzrasta bardzo szybko r=n–m Δto, Δtn – odpowiednio średnie zmiany temperatury między dwoma kolejnymi odczytami temperatur w okresach początkowym i końcowym Dla substancji wzorcowej: kwasu benzoesowego: n = 11 m=7 r=4 Δto = 0,009 Δtn = 0.004 Po podstawieniu danych otrzymano Δtp = 0,062 [K] Przyrost temperatury układu kalorymetrycznego w okresie głównym z uwzględnieniem poprawki na promieniowanie, ∆tu) opisany jest prostą zależnością o postaci:

t u  (t kg  t pg )  t p

3

gdzie:  tkg - ostatnia temperatura w okresie głównym  tpg - pierwsza temperatura w okresie głównym Przyrost temperatury wraz z poprawką na promieniowanie wynosi: ∆tu = 2,246 [K] Obliczam stałą kalorymetryczną, przekształcając wzór:

K

m1 Qs1  m2 Qs 2 t u

gdzie: m1 – masa spalonego drucika zapłonowego m2 – masa spalonej substancji ( kwasu benzoesowego) Qs1, Qs2 – ciepło spalania drucika i kwasu m1 = 0.0031 g m2 = 1,0161 g Qs1 = 6700 J/g Qs2 = 26500 J/g Stąd:

K = 11997,96 J/oC

2. Wyznaczenie ciepła spalania kwasu salicylowego ze wzoru:

Qs 3 

K  t u m11 Qs1 m3

gdzie: Qs3 – ciepło spalania kwasu salicylowego m11 – masa spalonego drucika dla substancji badanej m3 – masa spalonego kwasu salicylowego m11 = 0.0064 g m3 = 0.9611 g Obliczamy poprawkę na promieniowanie Δtp dla kwasu salicylowego: n = 13 m=7 r=6 Δto = 0,011 Δtn = 0.004 4

Stąd:

t p  nt o 

t n  t o (m  2r )  0.077 2

Δtu = 4,666-3,054 + Δtp = 1,689 Podstawiając wszystkie wartości do wzoru otrzymujemy: Qs3 = 21040,14 J/g 3. Wyznaczenie wartości opałowej badanej substancji przy pomocy obliczonego ciepła spalania. Ze wzoru: Q0  Qs  25(9H  W )

Gdzie H, W – procentowa zawartość wodoru i wody w paliwie Masa molowa kwasu salicylowego: 138.12 g/mol H =(6*100%)/138.12=4.344 W=0 Q0 = 20062,74 J/g Za pomocą wzoru Dulonga: O 9    Q0  339C  1210 H    105S  25W  O  8 8   

gdzie: C, H, O, S, W – procentowa zawartość węgla, wodoru, tlenu, siarki i wody w paliwie S=0 W=0 H = 4.344 C = 60.87 O = 34.783 Q0 = 19651,97 J/g

Wnioski: Wartości opałowe kwasu salicylowego nieznacznie się od siebie (liczone względem dwóch różnych wzorów). Różnica może wynikać z błędów pomiarowych dla substancji wzorcowej, przez co wartość stałej kalorymetrycznej znacząco wpłynęła na wartość ciepła spalania kwasu salicylowego.

5