燃烧热的测定

学生姓名 学 号 专 业 年级、班级 课程名称 实验项目 实验类型 试验时间 实验指导老师 实验评分

燃烧热的测定

【实验目的】

1、明确燃烧热的定义，了解定压燃烧热雨定容燃烧热的差别。 2、掌握量热技术的基本原理；学会测定萘的燃烧热.

3、了解氧弹量热计的主要组成及作用，掌握氧弹量热计的操作技术。 4、学会雷诺图解法校正温度改变值。

【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时所放出的热量。在恒容条件下测得的1mol物质的燃烧热称为恒容摩尔燃烧热（Qv，m），数值上等于燃烧过程热力学能变化（ΔrUm）。在恒压条件下测得的1mol物质燃烧热称为恒压摩尔燃烧热（Qp，m），数值上等于等于燃烧过程的摩尔焓变（ΔrHm）。若参加反应的是标准压力下1mol物质，则恒压热效应ΔrHm即为该有机物标准摩尔燃烧热ΔcHm。

若把参加反应的气体和反应生成的气体作为理想气体处理，则有下列关系式：

Qp，m=QV，m+（ΣVB）RT （3-4）

本实验采用氧弹热量计为测量仪器。氧弹是一个特制的不锈钢容器，耐高温、高压、腐蚀，密封性好，是典型的恒容容器。测定时样品应压片，防止充氧或燃烧时飞散。

量热反应测量的基本原理为能量守恒定律。热是一个很难测定的物理量，热量的传递往往表现为温度的改变，而温度却很容易测量。在盛有定水的容器中，样品物质的量为n摩尔，放入密闭氧弹充氧，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（通常称为仪器的水当量，即量热计及水每升高1K所需吸收的热量），假设系统与环境之间没有热交换，燃烧前、后的温度分别为

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θ

θ

T1、T2，则此样品的恒容摩尔燃烧热为:

C(T2T1) （3-5） QV,mn式中，Qv,m为样品的恒容摩尔燃烧热(J·mol-1)；n为样品的摩尔数（mol)；C为仪器的总热容(J·K-1或J / oC)。

图 1 氧弹量热计构造示意图图 图2 氧弹构造示意图 1、氧弹 1－厚壁圆筒；2－弹盖 2、内水桶（量热容器） 3－螺帽； 4－进气孔 3、电极 4、温度计 5－排气孔；6－电极 5、搅拌器 6、恒温外套 7－电极（也是进气管）

式3-5是最理想、最简单的情况。但是，由于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。而且多数物质不能自燃，如本实验所用萘，必须借助电流引燃点火丝，再引起萘的燃烧，因此，式3-5左边必须把点火丝燃烧所放热量考虑进去就如下式：

nQV,mm点火丝Q点火丝CΔT （3-6）

式中：m点火丝为点火丝的质量，Q点火丝为点火丝的燃烧热，为-6694.4 J / g，△T为校正后的温度升高值。

仪器热容的求法是用已知燃烧焓的物质(如本实验用苯甲酸)，放在量热计中燃烧，测其始、末温度，经雷诺校正后，按上式即可求出C。

虽采取了多种措施，但热漏还是无法完全避免，因此，温度变化值必须经过雷诺校正。

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【仪器与试剂】

1.仪器

SHR-15氧弹量热计1台；SWC-ⅡD精密温度温差仪1台；压片机 1台；充氧器1台；氧气钢瓶1个；1~100℃温度计一支；万能电表一个 2.试剂

点火丝、苯甲酸(AR)；萘（AR）

【实验步骤】

1、测定氧氮卡计和水的总热容量

（1）样品压片：用天平称取约0.5g苯甲酸，再用分析天平准确称取一根铁丝质量，从模具的上面倒入己称好的苯甲酸样品，压片。在分析天平上准确称重。分别准确称量记录好数据，即可供燃烧热测定用。

（2）装置氧弹、充氧气：拧开氧弹盖，将氧弹内壁擦净，将点火丝的两端分别绑紧在氧弹中的两根电极上，选紧氧弹盖，将氧弹放在充氧仪台架上，打开充气阀，充入0.9MPa氧气，再放清氧弹内气体，重复三次充放步骤。最后用万用表欧姆档检查两电极是否通路。

（3）燃烧温度的测定：将氧弹放入量热计内简。用量筒称2800mL自来水，倒入水桶内，盖好盖子，此时用普通温度计读出水温。接好电极，盖上盖了，打开搅拌开关。将普通温度计取出换上贝克曼温度计待温度稳定上升后，每隔半分钟读取贝克曼温度计一次，连续记录5min，得到燃烧前的温度，此刻按下点火键，仍然半分钟读数记录一次，直到温度升到最高点开始下降后仍然记录5min作为燃烧结束后期温度，方可停止实验。

（4）实验停止后，取出贝克曼温度计，拿出氧弹，放气，开盖，检查是否燃烧完全，取出剩余点火丝称重，倒水，擦干设备。 2、萘燃烧热Qv的测定

（1）称取约0.5g的萘，同上实验操作进行。 （2）最后倒去自来水，擦干铜水桶待下次实验用

【数据处理】 室温：22.0℃

查文献可知：QV（苯甲酸,s）＝-26460J/g 1. 图解法求△T，计算卡计热容C

苯甲酸+点火丝 点火丝 实验后点火丝 苯甲酸 损耗点火丝 0.5269g 0.0146g 0.0092g 0.5123g 0.0054g 苯甲酸的燃烧温度时间表(每半分钟记录一次) 范文

时间/0.5min 温度T（℃） 时间(t)/min 温度T（℃） 时间(t)/min 温度T（℃） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 18.474 18.475 18.475 18.476 18.476 18.477 18.478 18.478 18.494 18.722 18.988 19.155 19.247 19.308 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 19.354 19.387 19.411 19.430 19.446 19.458 19.469 19.477 19.484 19.490 19.495 19.499 19.502 19.505 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 19.508 19.509 19.511 19.512 19.513 19.515 19.516 19.516 19.517 19.517 19.518 19.518 19.518 使用origin制得温差校正图

T19.503—18.502=1.001℃ 由公式nQV,mm点火丝Q点火丝CT得：

范文

C= 13505.80 J/℃

2. 计算萘的恒容摩尔燃烧热

萘+点火丝 点火丝 0.0141g 实验后点火丝 0.0082g 萘 0.5739g 损耗点火丝 0.0059g 0.5880g

时间时间(t)/min温度T（℃） 温度T（℃） 时间(t)/min 温度T（℃） /0.5min 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 19.506 19.506 19.505 19.505 19.504 19.504 19.504 19.504 19.525 19.774 20.113 20.412 20.657 20.811 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 20.911 20.977 21.021 21.057 21.087 21.109 21.125 21.139 21.150 21.158 21.165 21.171 21.176 21.179 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 21.182 21.184 21.186 21.186 21.187 21.187 21.188 21.187 21.186 21.186 21.186 21.185 21.184 21.184 使用origin制得温差校正图

范文

T21.212—19.510=1.702℃ 由公式nQV,mm点火丝Q点火丝CT得:

QV,m= －40122.61 J/g =－5142.51 kJ/mol

3. 计算萘的恒压摩尔燃烧热

反应方程式：C10H8s12O2g10CO2g4H2Ol代入Qp，m=QV，m+（ΣVB）RT解得：Qp，m=-5147.42 kJ/mol

即22.0℃ 时萘的燃烧焓为：

△cHm （22.0℃）＝-5147.42 kJ/mol

4. 由基尔霍夫定律将△cHm（T）换成△cHm （298.15K），并与文献比较 Cp，m（CO2,g）=37.13 J/mol•K Cp，m（H2O,l）=75.30 J/mol•K Cp，m（萘,s）=142.2 J/mol•K Cp，m（O2,g）=29.36 J/mol•K ΔCp，m ＝10×Cp，m（CO2,g）＋4×Cp，m（H2O,l）－Cp，m（萘,s）－12Cp，m（O2,g）

＝177.98 J/mol•K

△cHm（25.0℃）＝△cHm（22.0℃）＋△Cp×△T

＝－5147.42＋177.98×(25.0－22.0) ×10-3 ＝－5146.89 kJ/mol 文献值为：-5153.8 kJ/mol

相对误差为(－5146.89+5153.8)/(－5153.8) =－0.13%

误差分析：

产生误差的原因除了仪器误差之外，主要还有以下几个方面：

BB(g)2

范文

1.使用雷诺图解法时，要做切线，切线分别表示正常温度上升和量热系统温度降低，切线拟合的结果对ΔT的影响很大，故雷诺作图时会引入误差。 2.萘为易挥发性物质，挥发损失一定的质量，给实验带来误差。

3.氧弹内可能存在少量空气，空气中N2氧化生成硝酸会产生热量，引入误差。 4.量取水使用的2000mL量筒的称量误差较大，两次量水的体积可能不同，从而造成系统的总热容C不一样。

【提问与思考】

1、什么是燃烧热？它在化学计算中有何应用？

答：在标准压力下时，1 mol可燃物完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热．单位为kJ/mol。在化学计算中，可用于求反应热。

2、什么是卡计和水的热当量？如何测得？

答：卡计和水当量就是量热仪内筒水温每升高一度所吸收的热量（即量热计的热容量）。单位是 ：焦耳/度

测法：用已知燃烧焓的物质，放在量热计中燃烧，测量其始、末温度，经雷诺校正后，按下式：nQV,mm点火丝Q点火丝CΔT即可求出。

3、测量燃烧热两个关键要求是什么？如何保证达到这两个要求？

答：实验关键：点火成功、试样完全燃烧是实验成败关键，可以考虑以下几项技术措施：

① 试样应进行磨细、烘干、干燥器恒重等前处理，潮湿样品不易燃烧且有误差。

②压片紧实度：一般硬到表面有较细密的光洁度，棱角无粗粒，使能燃烧又不至于引起爆炸性燃烧残剩黑糊等状。

③点火丝与电极接触电阻要尽可能小，注意电极松动和铁丝碰杯短路问题。

④充足氧并保证氧弹不漏氧，保证充分燃烧。燃烧不完全，还时常形成灰白相间如散棉絮状。

4、实验测量到的温度差值为何要经过雷诺作图法校正，还有哪些误差来源会影响测量的结果？

答：实际上，热量计与周围环境的热交换无法完全避免，它对温度测量值的影响可用雷诺温度校正图校正。还可能带来误差的可能有：①实验过程中的系统误差；②可能与当天的温度和气压有关；③样品可能受潮使称量时产生误差；④样品可

范文

能中可能含有杂质。

【参考文献】

[1]何广平,南俊民,孙艳辉.基础化学实验——物理化学实验[M].北京：化学工业出版社,2008（2）：67-71.

[2]G.斯塔克,H.O.华莱士著,杨厚昌译.化学数据手册[M].石油工业出版社,1980:93.

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