燃烧热的测定2_2燃烧热的测定解析

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燃烧热的测定

1.1简介

燃烧热是物质的一个重要物理性质，物质内部所蕴含的化学能与燃烧热密切相关。燃烧热不仅在化学、化工领域，而且在无线电、电子、冶金、医药、环境工程乃至航天航空领域都具有重要的地位，因而是必不可少的数据，所以测定液体的饱和蒸汽压是一个十分有意义的工作。弹式量热计最初是由M.Berthelot于1881年率先报导的，当初设备较为简单，现在采用先进科技设计半自动的恒温式量热计测量燃烧热，配以电脑打印结果，然后利用雷诺图解法计算热交换校正值，较为方便 1.2实验目的1． 熟悉弹式量热计的原理、构造及使用方法。2． 明确恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别及相互关系。3． 掌握温差测量的实验原理和技术。

2.实验原理及方法

在指定温度及一定压力下，1mol物质完全燃烧时的定压反应热，称为该物质在此温度下的摩尔燃烧热，记作△cHm。通常，完全燃烧是指C→CO2（g），H2→H2O（l），S→SO2（g），而N、卤素、银等元素变为游离状态。由于在上述条件下△H＝Qp，因此△cHm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△cUm）。若反应系统中的气体均为理想气体，根据热力学推导，则可由下式将定容燃烧热换算为标准摩尔燃烧热

cHmcUmnRT（1）式中：T——反应温度，K；

△n ——反应前后产物与反应物中气体的物质的量之差；



R——摩尔气体常数。

通过实验测得Qv值，根据上式就可计算出Qp，即燃烧热的值。

测量热效应的仪器称作量热计。量热计的种类很多。一般测量燃烧热用弹式量热计。本实验所用量热计和氧弹结构如图2-2-1和图2-2-2所示。实验过程中外水套保持恒温，内水桶与外水套之间以空气隔热。同时，还对内水桶的外表面进行了电抛光。这样，内水桶连同其中的氧弹、测温器件、搅拌器和水便近似构成一个绝热体系。

弹式量热计的基本原理是能量守恒定律。样品完全燃烧所释放的能量使得氧弹本身及周围的介质和量热计有关附件的温度升高。测量介质在燃烧前后的变化值，就可求算该样品的恒容燃烧热。

-QV-qb5.98cWhtC总t

（2）

式中：QV——被测物质的定容热值，Jg

ɑ——被测物质的质量，g

q——引火死得热值，Jg（φ0.12Cu—Ni丝，热值3136.2Jg）

b——燃烧了的引火丝质量，g；

-1-1-15.98——硝酸生成热为—59831Jmol，当用0.100molLNaOH滴定生成硝酸时，1-

1每毫升相当于5.98J；

c——滴定生成硝酸时，耗用0.100molLNaOH的毫升数

-12 W——水桶中水的质量，g h——水的比热容，Jg-1k-1

C总——氧弹，水桶的总热容，Jg-1

t——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-qb5.98cKt

（3）

式中：KWhC总

JK 称为量热计常数。

1事实上，氧弹式量热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t。为此必须校正，常用的经验公式：

t校正mVV1V1r 2式中：V——点火前半分钟量热计的平均温度变化;

V1——样品燃烧使量热计温度达到最高开始下降后，每半分钟的平均温度变化；

M——点火后，温度上升很快（大约每半分钟0.3℃）的半分钟间隔数；

r——点火后，温度上生较慢的半分钟间隔数。考虑了温差校正后，真实温差t应该是

tt高t低t校正

式中：t高——点火后，量热计达到最高温度后，开始下降的第一个读数;

t低——点火前，读得量热计的最低温度。3.实验操作 3.1实验用品

弹式量热计1套；2000ml容量瓶1个；1000ml容量瓶1个；水盆1个（容量大于3000ml）；秒表；压片机、镍丝、棉线、万用表、分析天平、剪刀、氧气瓶及减压阀公用。

萘（AR）；苯甲酸（AR）； 3.2实验步骤

1．仪器常数的测定 ①样品准备

取8cm镍丝和10cm棉线各一根,分别在分析天平上准确称量。

在台秤上称量0.8g左右的苯甲酸，在压片机上压成片状，取出药片并轻轻去掉粘附在药片上的粉末，用称好的棉线捆绑在药片上，固定好。将镍丝穿入棉线，在分析天平上准确称量。

将苯甲酸片上的镍丝固定在氧弹的两根电极上，如图2-2-3，用万用表检查是否通路。确认通路后旋紧弹盖，通入1.0MPa氧气，然后将氧弹放入内水桶，接上点火电极。②仪器准备

打开量热计电源，开动搅拌，将温度传感器置于外水套中，观察温度显示。待温度稳定后，记下温度。

用水盆接取自来水（大于3000ml），将温度传感器放入水盆中，不断搅动，通过加入凉水或热水调节水温，使温度低于外水套0.7℃左右。准确量取3000ml，倒入内桶。③燃烧测量

盖上桶盖，将温度传感器插入内桶，开动搅拌。待温度稳定后，开动秒表，记录体系温度随时间的变化情况。开始阶段（打开秒表到点火），每分钟读取温度一次；6～8分钟后，按下点火开关，半分钟内温度应迅速上升（若温度不能短时间内迅速升高，应停止实验，检查氧弹和仪器找出原因后再继续实验），进入反应阶段。此阶段每15秒读取温度一次，直到 温度上升速度明显减慢，进入末期，再改为每分钟记录温度一次。8～10分钟后，取出温度传感器，放入外水套中，读出外套水温。

切断电源，取出氧弹，放出氧弹中的气体。打开氧弹，检查样品是否完全燃烧。若燃烧完全，将剩余镍丝取下称重（注意：称量剩余镍丝时，应去除镍丝顶端熔融的小球）。

当氧弹打开后，如发现氧弹中有较多的黑色物质，则此次实验燃烧不完全，应重新测量。燃烧不完全最主要的愿因就是氧气的量不足（氧弹漏气、充氧不足、操作失误未能冲入氧气等），此外样品量过大，药片松散部分脱落也可造成燃烧不完全。

将内桶的水倒入水盆用于下次的测量，将氧弹洗净擦干。2．未知物测量

取0.6g左右的萘，同上述操作方法。

注意事项 i.把苯甲酸在压片机上压成圆片时，压得太紧,点火时不易全部燃烧；压得太松,样品容易脱落；要压得恰到好处。样品的质量过大或者过小也会造成误差。ii.将压片制成的样品放在干净的滤纸上,小心除掉有污染和易脱落部分,然后在分析天平上精确称量。

iii.安装热量计时，插入精密电子温差测量仪上的测温探头,注意既不要和氧弹接触,又不要和内筒壁接触,使导线从盖孔中出来，接触了对测温造成误差。防止电极短路，保证电流通过点火线。

iv.氧弹充气不离人，一只手始终抓住充气阀，以免意外情况下弹盖或阀门向外冲出。v.热量计的绝热性能应该良好,但如果存在有热漏,漏入的热量造成误差；搅拌器功率较大,搅拌器不断引进的能量形成误差。

vi.用水碰调节水温后，应迅速转入内水桶，时间不宜过长，以免水温发生变化。

3.结果与讨论

1)计算仪器常数 K 根据公式-QV-qb5.98cKt校正

VV1V1rt校正m和苯甲酸的实验结果，计算仪器量热计常数K值，从文献上查得苯甲酸的燃烧热为-26498J/g。

2)计算萘的燃烧热

由公式（3）可得，萘的恒容燃烧热：Qv，再利用公式（1）求得奈的标准摩尔燃烧热

4.1.实验结果分析

i.药片质量：压片后称重总质量，通过简单计算得到药片质量。在固定药片至电极的过程中以及转移的过程中，可能有药片粉末的脱落。此外，考虑到实验中是徒手操作，手上的油脂等杂物可能粘附在药片上，导致实际燃烧的物质并不是理论质量的物质，使得测量结果不准确。因此，要药片要压实，且最好戴着手套操作。ii.系统绝热效果：系统并不是理想的绝对绝热，可能引入误差。

iii.搅拌器功率较大,搅拌器不断引进的能量引入误差。

iv.内水桶的水量：由于没有进行精确的称量，内水桶两次测量的用水量可能有差异。

4.小组讨论

（1）本实验中如何考虑系统和环境？系统和环境通过哪些途径进行热交换？这些热交换对结果的影响如何？如何校正？ 由于内水桶与外水桶之间以空气进行隔热，内水桶连同其中的氧弹、测温器件、搅拌器和水构成绝热体系。其他为环境。若内水桶不是完全绝热，体系和环境之间的热交换途径有：传导、对流、辐射、蒸发和机械搅拌。为了校正这部分损失，用雷诺图解法进行校正。

（2）使用氧气应注意哪些问题？ 氧弹充气时，人员应站在侧面，一只手始终抓住充气阀，以免意外情况下弹盖或阀门向上冲出，发生危险。

（3）搅拌过快或过慢有何影响？ 搅拌过快搅拌器会引入少量的热量，影响体系的绝热；搅拌过慢使体系内部热量分布不 均，不能很好的保证内部的恒温与充分的热交换。（4）氧弹中含有氮气，燃烧后生成HNO3，对结果有何影响？如何校正？ 氧气充足的情况下，萘或苯甲酸仍能充分燃烧，但由于氮气的燃烧也会放热，从而导致总体的燃烧热量偏大。若按照原公式计算，则算得的燃烧热偏大。校正时，应考虑氮气的量，在总体的放热量中减去氮气燃烧的放热。

（5）如果反应完后，剩余镍丝丢失，可不可以忽略，为什么？

不能忽略。

因为能量守恒的公式运算中，镍丝的燃烧放热需要准确测定，若忽略丢失的镍丝，则可能导致计算得到的燃烧热偏大。

5.参考文献

[1].《基础物理化学实验》，贺德华、麻英、张连庆，高等教育出版社，2008 [2].http://202.117.107.241/shifanzhongxin/news_view.asp?newsid=210