实验一  燃烧热的测定

(一)、实验目的

1．掌握氧弹式量热计使用方法及测量物质燃烧热的技术。

2．测定萘的摩尔燃烧热。

(二)、实验原理

燃烧热是指温度为T时由物质B与氧进行完全氧化时所放出的热。所谓完全氧化是指C全部生成CO₂，H全部生成H₂O（l），若有CO或游离C产生则说明氧化不完全甚至很不完全。

燃烧热可在恒容或恒压情况下测定。如在298.15K和101325P_a下，苯甲酸的恒压燃烧热（摩尔燃烧热）为3326.8kJ·mol^－1。在实验中用氧弹量热计进行实验时，氧弹放置在装有一定量水的铜水桶中，水桶外是空气隔热层，再外面是温度恒定的水夹套。样品在体积固定的氧弹中燃烧放出的热、引火丝燃烧放出的热和由氧气中微量的氮气氧化成硝酸的生成热，大部分被水桶中的水吸收；另一部分则被氧弹、水桶、搅拌器及温度计等所吸收。在量热计与环境没有热交换的情况下，可写出如下的热量平衡式：

        （1－1）

式中：—被测物质的定容热值，单位为J·g^-1；

—被测物质的质量，单位为g；

q—引火丝的热值，单位为J·g^-1(铁丝为－6694J·g^-1)；

b—烧掉的引火丝质量，单位为g；

5.98—硝酸生成热为-59831 J·mol^-1，当用0.100mol·L^-1N_aOH滴定生成的硝酸时，每毫升碱相当于-5.98J；

c—滴定生成硝酸时耗用0.100mol·L^-1NaOH的毫升数；

W—水桶中水的质量单位g；

h—水的比热容单位J·g^-1·K^-1；

—氧弹、水桶等的总热容单位J·K^-1；

—与环境无热交换时的真实温差。

如在实验时保持水桶中水量一定，把（1—1）式右端常数合并得到下式：

                                 （1－2）

式中：（），J·K^-1；称为量热计常数。

若忽略空气中氮气氧化成硝酸时的生成热，故（1－2）式可写成：

则：     

式中： 为量热计常数（14654 J·K^-1）；为引火丝（镍铬丝）发热值（1400 J·g^-1）

  实际上，氧弹式量热计不是严格的绝热系统，加之由于传热速度到达最高温度需要一定的时间，在这段时间里系统与环境难免发生热量交换，因此燃烧前后温度变化的测量值必须经过雷诺作图法进行校正，其校正方法如下：

将燃烧前后每次观察到的温度对时间作图，取成a b c d 线[如图 1 (a) 图中b相当于开始燃烧之点，c为观察到最高的温度读数点，由于量热计和外界的热量交换，曲线ab及cd常常发生倾斜。取b点所对应的温度T₁，c点所对应的温度T₂，其平均温度（T₁ + T₂）/2为T，经过T点作横轴的平行线TO与曲线相交于O点，然后过O点作TO的垂直线AB，此线与ab、cd线的延长线交于E、F两点，则E点和F点所表示的温差即为欲求温度的升高值△T。图中 ^`表示环境辐射进来的热量而造成量热计温度的升高，这部分是必须扣除的，而表示量热计向环境辐射出的热量而造成量热计温度的降低，因此这部分是必须加入的。

有时量热计的绝热情况良好，热量散失少，而搅拌器的功率又比较大，这样往往不断引进少量热量，使得燃烧后的温度最高点不会明显出现，这种情况下△T仍然可按照同法进行校正[如图1－3（b）]。

图1 (a) 绝热较差时系统温度校正图         图1 (b) 绝热良好时系统温度校正图

                  

                         图1   雷诺校正图

从(1－2) 式可知，要测得样品的，必须知道量热计的总热容。测定方法是以一定量的已知燃烧热的标准物质(本实验用苯甲酸)，在相同条件下进行实验。用图解法对温差进行校正后，就可按式(1－2)算出来，求得后，就可求出被测物质的值来。本实验所测之样品为萘。

测定燃烧热可以在恒容条件下进行，也可以在恒压条件下进行。由热力学第一定律可知：恒容燃烧热()等于内能的变化，恒压燃烧热()等于焓变化，而化学反应的热效应(包括燃烧热)通常是用恒压热效应()来表示的。本实验是在氧弹内进行(氧弹结构如图1－2所示)，由于氧弹的体积固定，所测定的热效应是恒容热效应 。而，若忽略固体与液体在体系中所占体积，并假设气体遵守理想气体定律，则，因为常数，反应中温度可看作是固定的，则，其中、分别为反应物与产物的气体摩尔数，所以有：

                                          

                                   

                               

                                                       (1－3)

(三)、仪器药品

HR－15A数显氧弹式量热计一套、压片机、电子分析天平、镊子、万用电表、高压氧气源、引火丝（镍铬）、扳手、2000毫升容量瓶、1000毫升容瓶、250毫升锥形瓶、50毫升碱式滴定管

0.1mol·L^-1NaOH标准溶液、苯甲酸（A.R）、酚酞指示剂、萘（A.R）、棉纱

(四)、实验步骤

1．量热计总热容测定

（1）准备工作

    a．将本次实验所需用的苯甲酸标准样品，用玛瑙研钵研细，然后放在烘箱中，于100℃烘干3－4小时，取出后放在干燥器中冷却并达到恒重，即烘干前后每克苯甲酸的重量变化不大于0.0005克为止。

    b．用滤纸或纱布将压片机(特别是其横槽内壁及压试样芯棒)和氧弹内壁擦干净 (用镊子夹住纱布擦)。

    c．将量热桶内、外壁、外套内壁，搅拌器等用纱布擦干净。

    d．截取长约15厘米的一段引火丝放在电子天平上准确称量，并将引火丝缠绕成螺旋状备用。

    （2）压片

    为防止待测物质燃烧时向四处散裂，可将其在压片机上压为片状。首先在台秤上称取 0.4～0.5克样品，倒入压片—机横槽内，旋转把手至不能再转动为止。通常压出的试样表面粘有污物，此时可用刀片将污物轻轻刮去，然后在干净的玻璃板上敲击2—3次，再用小毛刷扫去附着于样品片上的小颗粒，最后在电子天平上准确称量。

    （3）装氧弹

a．将擦干净的氧弹盖用手拧下放在专用架上，装好铁坩锅(燃烧器)。

b．将燃烧丝的两端固定在电极上(注意：使用金属燃烧器，电极不能与燃烧器任何部位接触，否则引起短路)。

c．将试样放入燃烧器，并且使试样与燃烧丝很好接触(45度斜靠于燃烧丝上)，再用万用电表检查接上燃烧丝后的点火电路接触是否良好。

d．向氧弹中加入10毫升蒸馏水后将弹盖轻轻旋紧，以检查是否漏气。其方法是：将充氧后的氧弹放入水中（充氧方法见4），水的高度应在氧弹盖之上、进气阀中间为宜，如果漏气，此时应检查出漏气点并进行处理，直至不漏气为止。

（4）充氧气

氧弹不漏气后，可将氧弹外壁擦干，用放气冒压住进气嘴，放出弹内气体。将被测物装入坩锅后放在坩锅架上，将引火丝与电极连接好旋紧氧弹盖，慢慢提高氧气瓶的输出压力至2.0MPa～2.5MPa(20～25大气压)，充气60秒(如果高压下氧气表漏气时，可先在1～1.5MPa压力(10～15大气压)下充氧20秒，再调到2.0MPa～2.5MPa压力下(20—25大气压)充气50秒，随后关闭气源，抬起充氧器压把。

（5）实验操作

a．按图1—1把仪器装好，先把各电源插头插上，打开控制器电源开关；然后向量热桶内注入2000毫升水，把氧弹放入量热桶中，然后把电极插入氧弹的电极孔中再倒入1000 毫升水；盖上量热计上盖插上测温探头。

b．水温的调节很关键，用塑料桶取自来水3500毫升左右，用测夹套水温的温度计测量水温，水温调节到比夹套的水温低0.5~0.8℃；水温的高低用热水和冰来调节。

c．开动搅拌器。待温度变化基本稳定后，开始记录点火前最初阶段的温度，每隔半分钟记一次(由温度控制器提示)。共10个时间间隔数据，即11个读数。在读第11个数据的同时，立即按点火按钮点火。如果指示灯亮后马上又熄灭，表示燃烧已点着火，此时温度上升较快。(若温度变化很小，表示没点着火，此时要检查原因)，且仍以每半分钟继续读数至温度开始下降后，再读取最后阶段的10次数据，便可停止读数。

d．关闭总电源及各开关，将氧弹取出擦干，打开出气阀放出弹内废气，再打开弹盖看坩锅内样品是否燃烧完全。若还有药品及黑色碳粒，即为未完全燃烧，此次实验失败重作；若燃烧完全。则取下未燃完的燃烧丝后，在分析天平上称量未燃烧完的燃丝重量。

2．同上所述步骤，以萘为样品进行实验。

3．实验完毕后，倒去量热桶中的水，用纱布擦干所有设备，以备下次实验用。

(五)、实验记录与结果处理

1．实验记录

室温：    　　21℃      　P_a(大气压)：     　　101.65          日期：　　　3.20　　　　

2．结果处理：

（1）升温曲线及雷诺曲线近似处理

（2）求萘的值：

由图查得294.108K     293.23K       0.878K

    = -(14654J/k*0.878K+1400J/g*0.009g)/0.3641g=-35371.63417J

128g/mol*-35371.63417J=-4527569.174J

-4527569.174+1mol*8.314J/(mol*k)*294K=-4525124.858J

[-4525124.858-(-26580J/g*128g)]/(-26580J/g*128g)=33%

 (六)、实验注意事项

1．氧弹内壁和氧气表上不能沾有油污，特别注意不能用手接触氧弹内壁，以免由油污引起爆炸危险。

2．在检查氧弹漏气和给氧弹充氧气这两步骤时，要注意不要使氧弹震动和倾斜，以防样品从坩锅中掉落。

3．接引火丝时，要特别注意电极与引火丝相接处要拧紧，使其接触良好，且不要使两电极接触，否则样品将不能燃烧。

(七)、思考题

1．在使用氧气钢瓶和氧气减压阀时，应注意那些问题？

答：氧气减压阀应严禁接触油脂，以免发生爆炸

    减压阀应该避免撞击和振动，不可与腐蚀物质接触

2．萘燃烧的反应方程式，如何根据实验测得的求出？公式（1－3）中各项的物理化学意义是什么？

C10H8(s)+12O2（g）=10CO2（g）+4H2O（l）

将被测物放入充有一定压力2.5MPa氧气的氧弹中，充分燃烧时放出的热使氧弹周围的介质温度升高，通过测定燃烧前后量热计温度的变化值，就可以测出样品的燃烧热。

Qv——被测物的恒容燃烧热  n——物质的量的变化  R——摩尔气体常量                         T——温度中值。

3．实验测得的温差为什么要进行校正？还有哪些误差来源会影响实验结果？

答：因为氧弹量热计不可能完全绝热，热漏在所难免。因此，燃烧前后温度的变化不能直接用测到的燃烧前后的温度差来计算，必须经过合理的雷诺校正才能得到准确的温差变化。 

另外，称量的误差、燃烧不完全导致的误差、测定过程中样品的脱落等均会影响测定的结果。

 

第二篇：实验一燃烧热的测定 思考题答案

实验一燃烧热的测定思考题

1、开机的顺序是什么？打开电源—热量计数据处理仪—计算机

2、苯甲酸的药片是如何制做的? 用台称粗称苯甲酸1克---倒入------压片机的模子内------缓旋紧压片机的螺杆----直到成片状----抽去模底托板-----再下压（使钢模底板和样品一起脱落）-------压模后除去样品表面的碎屑，用分析天平准确称量其重量。

3、萘的燃烧热测定是如何操作的? 1．试样，氧弹准备---氧弹充气-----测定（氧弹放入量热计桶，插上电极加水，再盖上盖---在电脑上输入相关内容按提示做）测定要10分钟燃烧样品萘时，内筒水是否要更换和重新调温？要

4、燃烧皿和氧弹每次使用后，应如何操作？洗净。擦干

5、氧弹准备部分，引火丝和电极需注意什么？ 不接触……引火丝与试样要紧密接触但不能碰到燃烧皿（防点火失败短路）。电极也是不能碰到燃烧皿而且两电极不能靠近（以防短路）

6、测定量热计热容量与测定萘的条件可以不一致吗？为什么？可以，因为它们是各自独立的实验

7、量热计热容量的测定中，“氧弹充氧” 这步如何操作？将铜线管与氧弹头连接----反时针旋松氧气表的减压阀------打开钢瓶阀门----顺时针旋紧----缓通入氧气（压气增大到2。5Pka,不少于三十分钟）----关闭钢瓶阀门，减压阀--------装好氧弹头。检是否通路。

8、实验包含几部分内容？3 步 名称是什么？1、仪器的准备2、量热计热容量的测定3、每部分的实验药品是什么? 苯甲酸

9、药片是否需要干燥?需要 药片压药片的太松和太紧行不行? 不行。压得太紧，点火后难以燃烧；太松，容易脱落。

10、量热计热容量的测定中，“热容量测定”这步如何操作？氧弹放入量热计水友桶中-----插上电极-----加入2。6升水-----盖上盖

打开实验界面-----输入相关内容----储存----点击开始实验-----按提示完成实验

11、充氧的压力和时间为多少？2.5Mpa和1分钟 充氧后，将如何操作？关闭减压阀、卸导气管接头、拧好螺丝、检查电极是否通路(用万能表测其电阻小于20欧姆)、检漏

充氧压力为2.5Mpa   时间不少于30秒，差不多一分钟。充氧后，关闭钢瓶阀门，放掉氧气表中的余气，关闭减压阀。将充好氧气的氧弹再次用万用电表检查两电极是否（要求约3-8欧姆）通路，若通路，则可将氧弹放入量热计的盛水桶内检漏

12、说出公式 各项的意义?

 Qv------- 被测物的恒容燃烧热，J/g

a-------被测物的质量，g

80J------引火丝的燃烧热

0.0015--------氮气燃烧生成硝酸生成热的修正系数

K------称为量热计常数，J/K

t-------系统与环境无热交换的真实温差

13、搅拌时有摩擦声对实验结果有何影响？搅拌时有摩擦会使有热量生成，会影响温度的测定，

14、本实验中，那些为体系？那些为环境？盛水桶内部物质及空间为系统，除盛水桶内部物质及空间的量热计其余部分为环境。

15、实验中苯甲酸和萘的量取的一样多吗？不能取一样多，粗苯甲酸1克，粗萘0.7克

16、若待测样品受潮，对实验结果有何影响？会使试样燃烧不充分，从使实验测量有很大的误差

17、水桶中的水温为什么要选择比外筒水温低？为什么？①检验多功能控制器数显读数是否稳定。熟习压片和氧弹装样操作，量热计安装注意探头不得碰弯，温度与温差的切换功能键钮，报时及灯闪烁提示功能等。

②干燥恒重苯甲酸(0.9~1.2g)和萘(0.6~0.8g)压片，注意紧实度，分析天平称样。③容量瓶量取3000mL水，调节水温低于室温1K。

④量取两根10厘米点火丝，中段在原珠笔蕊上绕几圈。燃烧丝缚紧使接触电阻尽可能小。氧弹充氧注意小动作缓缓旋开减压阀。

⑤氧弹内预滴10mL水，促产物凝聚成硝酸。

低多少合适？1摄氏度

18、如何用萘的燃烧热资料来计算萘的标准生成热。

19、充氧量太少会出现什么情况？燃烧不充分造成实验误差大

20、压片时，压力必须适中，片粒压的太紧对实验结果有何影响？会难以燃烧

21、实验过程中有无热损耗，如何降低热损耗？

22、如何由萘的实验数据Qv,（）求萘的Qv,m（）？

23、如何确保样品燃烧完全？样品压成片状，引火丝不能接触到燃烧皿，其线圈与样品间不能大于5mm

24、压片时，压力必须适中，片粒压的太松对实验结果有何影响？太松则会使样品易脱落

25、搅拌太慢或太快对实验结果有何影响？搅拌太快则会易于和壁碰撞，损坏，热量的散失的快，温度降得快，不易控制好，若是太慢则是使水中的热量渐损失到空气中，都是造成误差，会影响了实验。

26、写出萘燃烧过程的反应方程式？

萘的燃烧方程：C₁₀H₈(s)+12O₂(g)=10CO₂(g)+4H₂O(l),

苯甲酸C₇H₆O₂(s)+7.5O2 = 7CO₂(g)+3H₂O（l）

27、如何根据实验测得的Qv 求出Qpm？写出公式？将被测物放入充有一定压力2。5Mpa氧气的氧弹中，充分燃烧时放出的热量使用权氧弹及周围的介质介质升高。通过测定燃烧前后量热计温度的变化值，就可以得出该样品的燃烧热。