燃烧热的测定

燃烧热的测定

【目的要求】

掌握有关热化学实验的一般知识和技术 ? 掌握氧弹的构造及使用方法 ? 用氧弹式量热计测定萘的燃烧焓

?

预习要求：

1.明确燃烧焓的定义。

2.了解氧弹式量热计的基本原理和使用方法。 3.熟悉热敏电阻温度计的调节和使用。 4.了解氧气钢瓶和减压阀的使用方法。

【基本原理】

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ΔcHm。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=Qp，因此ΔCHm也就是该物质燃烧反应的等压热效应Qp。 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Qv（即燃烧反应的摩尔燃烧内能变ΔcUm）。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，ΔcHm和ΔcUm的关系为

:

（１）

式中，T为反应温度(K);ΔcHm为摩尔燃烧焓(J·mol-1);ΔcUm为摩尔燃烧内能变(J·mol-1)；ＶB(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QV值，根据上式就可计算出Qp，即燃烧焓的值ΔCHm。 测量热效应的仪器称作量热计，量热计的种类很多，本实验是用氧弹式量热计进行萘的燃烧焓的测定。

在适当的条件下，许多有机物都能迅速而完全地进行氧化反应，这就为准确测定它们的燃烧热创造了有利条件。

为了使被测物质能迅速而完全地燃烧，就需要有强有力的氧化剂。在实验中经常使用压力为16--18atm的氧气作为氧化剂。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Qv、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，可以写出如下的热量平衡公式：

- Qv.m - q.b + 5.98c = W.h.Δt + C总. Δt （1）

式中：Qv：被测物质的定容燃烧热 （J .g-1 ）； m：被测物质的质量（g）；q：引火丝的燃烧热（J .g-1 ）；b:烧掉了的引火丝质量（g）；5.98 :硝酸生成热为-59800 J .mol-1 ，当用0.100N NaOH来滴定生成的硝酸时，每毫升碱相当于-5.98 J ；c 滴定生成的硝酸时，耗用0.100NNaOH毫升数；W:水桶中的水的质量（g）；h :水的比热（J .g-1.℃-1）；C总 氧弹、水桶等的总热容( J.℃-1 ); Δt为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）式右端常数合并得到下式：

- Qv.m - q.b + 5.98c = k Δt (2)

式中：k = ( W.h + C总 ) J.℃-1，称为量热计热容（热量计的水当量）。 实际上，氧弹式热量计不是严格的绝热系统，加之由于传热速度的限制，燃烧后由最低温度达最高温度需一定的时间，在这段时间里系统与环境难免发生热交换，因而从温度计上读得的温差就不是真实的温差 。为此，必须对读得的温差进行校正。

从（2）式可知，要测得样品的Qv 必须知道仪器的水当量K。测量的方法是以一定量的已知燃烧热的标准物质（常用苯甲酸，其燃烧热以标准试剂瓶上所标明的数值为准）在相同的条件下进行实验，由标准物质测定仪器的水当量K，再测定样品的Qv，从而计算相应的Qp。 【仪器和试剂】

绝热式氧弹量热计1套; 氧气钢瓶1只; 氧气表1只; 压片机1套; 万用电表1只; 台称1只; 分析天平1台; 三角烧瓶(250mL)2只; 滴定管(碱式)1只; 容量瓶(2000mL、250mL)各1只; 活搬手1只;不锈钢镊子1只。 苯甲酸; 萘; 燃烧丝; 棉线; NaOH溶液(0.1000mol·dm-3); 酚酞。 【实验步骤】

1、 熟悉量热计 2、 量热计热容测定

（1） 装样：苯甲酸样品0.6~0.8g（台称），点火丝~15cm(别太长，准确称量)，热值为：1400J/g。压片，挂于两电极上。 （2） 充氧：压力为16~18atm。

（3） 安装量热计：加自来水2500mL——接点火线——合盖——安装热敏温度计——接通各电源（各开关处于关）——开搅拌器

（4） 测量：温度稳定——调整定时为半分钟——读数10分钟——点火（按一下即可）——记录温度，温度平稳上升后再读10分钟。

（5） 结束工作：取出未燃烧完的点火线，准确称量（原来质量减去留下的即为燃烧的点火线量）。取氧弹里的水进行滴定。

3、 待测样品燃烧热测定（以萘取代苯甲酸，操作步骤同上） 【数据记录与处理】

1、 作雷诺校正图

2、 计算量热计和介质水的热容

3、 计算萘的定容燃烧热及定压燃烧热，并与文献值比较。 【思考与讨论】

1. 在使用氧气钢瓶及氧气减压阀，应注意哪些规则？

2. 写出萘燃烧过程的反应方程式。如何根据实验测得的Qv 求出Qp？ 3. 用电解水制得的氧气进行实验可以吗？何故？

4. 测得非挥发性可燃液体的热值时，能否直接放在氧弹中的石英杯（或不锈钢杯）里测定？ 【注意事项】

1、 未取出温感器，不得开盖 2、 点火线安装时不能碰壁 3、 压片时不可太松

4、 点火开关只按一次即可

5、 先调节好读数记时时间为30秒，再开始读数 6、充氧时注意操作，手上不可附有油腻物。

silver

坚和忍。坚者如磐石虽日月交替而不移,忍者如柔练虽困苦艰辛而不摧,坚忍者,

刚柔相济百折不回,持之以恒也。

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燃烧热的测定

实验报告 2010-03-28 21:55:16 阅读485 评论1 字号：大中小

一、实验题目：燃烧热的测定

二、实验目的

1、明确燃烧热的定义，了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别与联系；

2、掌握量热计技术的基本原理； 3、学会测定萘的燃烧热；

4、了解氧弹卡计主要部件的作用，掌握氧弹卡计的实验技术；

5、学会雷诺图解法校正温度改变值。

三、实验原理

物质的标准摩尔燃烧热 是指1mol物质在标准压力下完全燃烧所放出的热量。在恒容条件下测得的1mol物质的燃烧热成为恒容摩尔燃烧热 ，数值上等于这个燃烧反应过程的热力学能变化 ；恒压条件下测得的1mol物质的燃烧热称为恒压摩尔燃烧热 ，数值上等于这个燃烧反应过程的摩尔焓变 ，化学反应热效应通常是用恒压热效应 来表示。若参加燃烧反应是在标准压力下的1mol物质，则

恒压热效应 即为该有机物的标准摩尔燃烧热 。

若把参加反应的气体与生成的气体作为理想气体来处理，则有下列关系式

= +(∑vB)RT??(1)

式中，∑vB为生成物中气体物质的计量系数减去反应物中气体物质的计量

系数；R为气体常数，J/(mol·K)；T为反应的绝对温度，K；

本实验所用测量仪器为氧弹量热计，且为外槽恒温式量热计。

量热反应测量的基本原理是能量守恒定律。由于热量的传递往往表现为温度的改变，且温度是很容易测量的。在盛有定量水的容器中，样品的物质的量为nmol，放入密闭氧弹中，充氧，使样品完全燃烧，放出的热量传给水及仪器各部

件，引起温度的上升。 设系统（包括内水桶、氧弹本身、测温器件、搅拌器和水）的总热容为C，并假设系统与环境之间没有热交换，燃烧前、后温度分别为T1、T2，则此样品

的恒容摩尔燃烧热为

??(2)

式中， 为样品的恒容摩尔燃烧热，J/mol；n为样品的物质的量，mol；C

为仪器的总热熔，J/K。 (2)式是最理想、最简单的情况。但是，由于一方面，氧弹量热计不可能完全绝热，因此反应前后温度的变化值不能直接用测到的燃烧前后的温度差来计算，必须通过合理的雷诺校正才能得到准确的温差变化；另一方面，多数物质不能自燃，如萘，必须借助电流引燃点火丝，再引起萘的燃烧。故(2)式左边必须

把点火丝燃烧所放出的热量考虑进去。即

m点火丝Q点火丝= ??(3)

式中，m点火丝为点火丝的质量，g；Q点火丝为点火丝的燃烧热，-6694.1J/g；

为校正后温度的升高值，K。 而仪器的热容C是用已知燃烧焓的物质（如本实验的苯甲酸），放在量热计中燃烧，测其始、末温度，经雷诺校正后，按照式子(3)即可求出C。

四、实验注意事项

1、燃烧过程要保证样品完全燃烧，因此，样品的压片力度须适中； 2、氧弹点火要迅速而果断，点火丝须与电极接触良好，防止松动； 3、实验结束后，一定要把未燃烧的铁丝重量从公式中减掉； 4、在实验测定过程中，要避免卡计周围温度大幅度波动。

五、实验仪器与试剂

实验仪器：HR-15氧弹式热量计、HR-15B热量计多功能控制箱；AL204型电子天平；普通温度计(0~50℃)；氧气钢瓶；氧气减压器07型；万用电表；2000mL

量筒

实验试剂：苯甲酸(AR)；萘(AR)；点火丝；氧气

六、实验步骤

1、测定氧弹卡计和水的总热熔C

(1)、样品压片

①、压片前，检查压模是否有铁锈、油污和尘土等，若有，则必须擦净后才

能进行压片； ②、用电子天平称取约0.8g的苯甲酸，并准确称取一段已截好的点火丝； ③、将粗称的苯甲酸以及准确称量的点火丝放入压片机中进行压片，压片完

成后，在电子天平上准确称量其质量，数据记录与表1中。

(2)、装置氧弹，充氧气

①、将带有点火丝的苯甲酸样品放在氧弹卡计的燃烧皿中，将点火丝的两端分别嵌入绑紧在氧弹中的两根电极上，旋紧氧弹盖，用万用电表检查电极是否通

路； ②、连接好氧气钢瓶与氧气减压阀表，用铜导管将减压表与氧弹进气管相连接，打开氧气瓶上端阀门，此时减压阀表中指针旋转所指压力即为氧气瓶中氧气总压力。打开减压阀，使减压表上另一表盘的指针压力读数约为10kg/cm21MPa。随即关闭减压阀。旋转充氧装置的旋钮，使充氧仪上压力表的指针为10MPa。为

了排除氧弹内的空气，应反复充放三次。

(3)、燃烧温度的测量

①、将充好氧气的氧弹再用万用电表来检查是否通路；

②、用量筒量取3000mL自来水，倒入水桶内，把已通路的氧弹放入卡计的

水桶内； ③、装好搅拌轴（叶片不能碰壁），盖上盖子，用普通温度计测量水桶中的水的温度，记录于表1中，氧弹两电极用电线连接在点火器上，将贝克曼温度计

探头插入水中，开动搅拌马达。 ④、待温度稳定上升（连续两次读数差值小于0.005℃，则表明温度稳定）后，每隔半分钟读取温度一次，连续记录10次。此数据为燃烧前期的温度；

⑤、读完第10次温度后，此刻迅速按下点火器上点火键通电点火，自按下点火键点火后，读数仍为半分钟记录一次，直到温度出现最高点（或温度基本维

持不变），此数据为燃烧期间的温度；

⑥、当温度升到最高点并开始下降后仍继续每隔半分钟读取温度一次，连续

记录10次。此数据作为燃烧结束后期温度，停止实验。

⑦、④⑤⑥实验数据均记录与表1中。

⑧、实验停止后，小心取出贝克曼温度计，拿出氧弹，放出氧弹中剩余气体，最后旋开氧盖，将燃烧后剩下的铁丝取出并用电子天平准确称取其质量，数据记

录于表1中。

⑨、倒去铜水桶中的水并用毛巾擦干，待下次实验用。

2、萘的燃烧热的测定

(1)、称取约0.5g的萘，按照上述实验操作测量萘的燃烧温度两次，求平均

值；

(2)、最后倒去自来水，擦干铜水桶待下次实验用。

七、实验数据记录与处理

实验室温度： 21.0℃ 大气压： 1029.6mbar

1、氧弹卡计和水的总热容C的计算

表1 氧弹卡计和水的总热容C的测定数据记录表

苯甲酸燃烧引起卡计温度变化差值△T的图解法图

次数

t2=22.798℃ t1=21.282℃ 温 度

t/℃

由上图知，

根据(3)式变形C=(-nQv,m(苯甲酸)-m点火丝Q点火丝)/△T得氧弹卡计和

水的总热容

= 13792.01J/K

2、萘的恒容摩尔燃烧热Qv,m(萘)的计算

(1)、第一次测量计算

表2 第一次萘燃烧温度的测量记录数据表

萘燃烧引起卡计温度变化差值△T的图解法图

t2=22.626℃

t1=21.243℃ 次数 温 度

t/℃

由上图知，

根据(3)式变形Qv,m(萘)=(- m点火丝Q点火丝-C△T)/ n(萘) 得

Qv,m(萘)1 = =-4830.1KJ/mol

(2)、第二次测量计算

表3 第二次萘燃烧温度的测量记录数据表

萘燃烧引起卡计温度变化差值△T的图解法图

t2=22.533℃

t1=21.160℃ 次数 温 度

t/℃

由上图知，

根据(3)式变形Qv,m(萘)=(- m点火丝Q点火丝-C△T)/ n(萘) 得

Qv,m(萘)2 = =-4879.7KJ/mol 3、萘的恒压摩尔燃烧热Qp,m(萘)的计算

∵萘的燃烧反应为

∴根据(1)式得萘的恒压摩尔燃烧热(即 )为

Qp,m(萘)1 = Qv,m(萘)1+(10-12)×8.314J/(mol·K) ×(t水，1+273.15)K

=-4830.1 KJ/mol+(10-12)×8.314J/(mol·K) ×

(20.9+273.15)K

=-4835.0 KJ/mol

Qp,m(萘)2 = Qv,m(萘)2+(10-12)×8.314J/(mol·K) ×(t水，2+273.15)K

=-4879.7 KJ/mol+(10-12)×8.314J/(mol·K) ×(20.3+273.15)K

=-4884.6 KJ/mol

4、根据基尔霍夫定律对萘的标准摩尔燃烧热 的计算

查阅物理化学手册，有

根据萘的燃烧反应及基尔霍夫定律得

∴ 1

= Qp,m(萘)1+(4×75.30+10×37.13-12×29.36-1×142.2) J/(mol·K) ×

[298.15-( t水，1+273.15)]

= -4830.1 KJ/mol +(4×75.30+10×37.13-12×29.36-1×142.2) J/(mol·

K) ×[298.15-(20.9+273.15)]K

=-4830.1 KJ/mol+177.98 J/(mol·K) ×4.1K=-4829.4 KJ/mol

2

= Qp,m(萘)2+(4×75.30+10×37.13-12×29.36-1×142.2) J/(mol·K) ×

[298.15-( t水，2+273.15)]

= -4884.6 KJ/mol +(4×75.30+10×37.13-12×29.36-1×142.2) J/(mol·

K) ×[298.15-(20.3+273.15)]K

=-4884.6 KJ/mol+177.98 J/(mol·K) ×4.7K=-4883.8 KJ/mol

∴萘的标准摩尔燃烧热

=

=

=-4856.6 KJ/mol

5、与文献值比较

查阅物理化学手册，知 =-5153.8 KJ/mol

∴测量的相对误差 =-5.77%

八、问题与思考

1、测量燃烧热两个关键的要求是什么？如何保证达到这两个要求？

答：两个关键的要求是：

①、样品的完全燃烧。要达到这要求，必须做到氧弹要充以1.0~1.5MPa的高压氧，且氧弹密封耐压、耐腐蚀；粉末状的样品必须压成片状，避免充氧时样

品散开。

②、使燃烧后放出的热量尽可能全部传递给卡计本身和其中盛装的水，而几乎不与周围环境发生热交换。要达到这要求，可把卡计放于一个水恒温的套壳

中，且把卡计壁做成高度抛光，以减少因辐射产生的热散失。

2、实验测量得到的温度差值为什么要经过雷诺作图法校正，还有那些误差

来源会影响测量的结果？

答：因为氧弹量热计不可能完全绝热，存在热的散失，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，须经过合理的雷诺校正。

其它的误差来源有：由于多数物质不能自燃，因此在实验中必须借助电流引燃点火丝从而引起物质的燃烧，此时在计算体系总共放出的热量的时候必须把点火丝燃烧放出的热量包含在内。且在最后进行燃烧热的计算的时候，又必须把反应后剩余的点火丝的质量从原来的所称量的质量中扣除，否则就会引起测量的误

差。

十、参考文献

[1].何广平，南俊民，孙艳辉等.物理化学实验[M].北京：化学工业出版社，

2007：67-71.

[2].傅献彩，沈文霞，姚天扬，侯文华.物理化学上册[M].第五版.北京：高

等教育出版社，2005：112-114.

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