实验二 燃烧热的测定

一、实验目的

1、学会用氧弹量热计测定有机物燃烧热的方法。

2、明确燃烧热的定义，了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别。 3、掌握用雷诺法和公式法校正温差的两种方法。

4、掌握压片技术，熟悉高压钢瓶的使用方法，会用精密电子温差测量仪测定温度的改变值。

二、实验原理

燃烧热的测定，除了有其实际应用价值外，还可用来求算化合物的生成热、化学反应的反应热和键能等。

有机物的燃烧热是指1摩尔的有机物在恒温下完全燃烧时所放出的热量，通常称燃烧热。所谓的完全燃烧是指将该化合物中C变为CO2 (g)，H 变为H2O(l)，S变为SO2 (g)，N变为N2 (g)，Cl变为HCl(aq)，金属都成为游离状态。

恒容条件下测得的燃烧热称为恒容燃烧热（QV），恒压条件下测得的燃烧热称为恒压燃烧热（QP）。若反应中各气体可视为理想气体，根据热力学推导，对于一摩尔物质的恒容燃烧热（QV.m）和恒压燃烧热（QP.m）之间满足以下关系式：

QP.mQV.mB(g)RT

恒容燃烧热通常是用氧弹式量热计测定的。在氧弹式量热计中，被测物在高压氧气的助燃下，充分燃烧放出热量，同时点火丝燃烧、燃烧过程生成的少量HNO3也放出热量。即整个过程放出的热量为：

-QV.a - q.b + 5.98c

-QV.a - q.b + 5.98c =w.h.△t + C总. △t

式中：a：被测物质量，g；

QV：每克被测物在恒容条件下的燃烧热，J/g； b：烧掉的燃烧丝的质量，g； q：每克燃烧丝燃烧产生的热量，J/g；

HNO3生成的热量QHNO3，即放出的热量为：当用0.100mol/LnaOH滴定生产的硝酸时，每毫升相当于-5.98J，此热量一部分使内筒中水温度升高，另一部分使量热计（氧弹、搅拌器）温度升高。假定体系绝热良好，则有： -QV.a - q.b + 5.98c =K.△t 式中：W：水桶中水的质量，g；

C总：氧弹、水桶总质热容，J/K； h：水的比热，J/g.K；

K：量热计体系系数，J/K；K=（W.h+ C总），J/K q：每克燃烧丝燃烧产生的热量，J/g；

t：燃烧前后体系温度的变化，K。

所以，如果已知a、b、Q、K、t，即可计算QV，同时也可计算Qp.m。

量执计体系总热容K一般是通过燃烧热已知的苯甲酸（QV=-26460 J·g-1），燃烧热值（q=-6694J·g-1））进行标定的。为了保证样品燃烧完全，氧弹中必须充足高压氧气。因此要求氧弹密封、耐高压、耐腐蚀。同时，粉末样品必须压成片状，以免冲气时冲散样品使燃烧不完全，而引起实验误差，完全燃烧是实验成功的第一步，第二步还必须使燃烧后放出的的热量不散失，不与周围环境发生热交换，全部传递给量热计本身和其中的盛水，使量热计和水的温度升高，为了减少量热计与环境的热交换，量热计放在一恒温的套壳中，故称环境恒温或外壳恒温量热计。量热计须高度抛光，也是为了减少热辐射，量热计和套壳中间有一层挡屏，以减少空气的对流。虽然如此，热漏还是无法避免，因此燃烧前后温度变化的测量值必须经过雷诺作图法校正或公式法校正。称适量待测物质，使燃烧后水温升高1.5-2.0℃，预先调节水温低于环境温度0.5-1.0℃，

三、仪器 试剂

氧弹热量计 1套 精密电子温差测量仪 1台 氧气钢瓶 1个 万用电表 1个

氧气减压阀 1个 台秤 1台

压片机 1台 容量瓶(1000mL，500mL)各 1个 苯甲酸(分析纯) ；萘(分析纯) ；点火丝

四、实验步骤

1、用已知燃烧热的物质（苯甲酸）测定量热计体系的热容K （1）压片

用台秤粗称取0.9g～1.1g的苯甲酸，在压片机上压成圆片。压片应有适当的硬度，但又不能压得太紧，压得太紧则点火时不易全部燃烧；也不宜压得太松，压得太松则易碎、易脱落。将压片制成的样品放在干净的滤纸上轻轻抖动，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（精确到0.0001g）。

（2）装氧弹

分析天平取一段已知重量的点火丝（如8－10 cm的镍铬燃烧丝），将氧弹盖取下放在专用的弹头座上，用滤纸擦净电极及不锈钢坩埚。先放好坩埚，然后用镊子将样品放在坩埚正中央。将准备好的燃烧丝两端固定在电极上，注意与试样保持良好的接触，但不能接触到坩埚，以免短路，引起点火失败。然后在氧弹内加入10ml蒸馏水，小心旋紧氧弹盖。用万用表检查两电极间的电阻值，一般不应大于20Ω。 （3）充氧气

充气前先用扳手轻轻拧紧氧弹上的放气阀。用手拧掉氧弹上的充气阀螺丝，将氧气钢瓶上的充气管螺丝拧入充气阀，用扳手轻轻拧紧。检查氧气钢瓶上的减压阀，使其处于关闭状态，再打开氧气钢瓶上的总开关。 然后轻轻拧紧减压阀螺杆(拧紧即是打开减压阀)，使氧气缓慢进入氧弹内。待减压阀上的减压表压力指到1.5MPa～2.0MPa之间时停止，使氧弹和钢瓶之间的气路断开。这时再从氧弹上取下充气螺丝，并将原来氧弹上的充气阀螺丝拧回原处。充气完毕关闭氧气钢瓶总开关，并拧松压阀螺杆。 （4）安装量热计

热量计包括外筒、搅拌马达、内筒和控制台等。先放好内筒，调整好搅拌器的位置，注意不要碰壁。将氧弹放在内筒正中央，加入3000mL自来水，检查氧弹是否漏气，接好点火插头。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，安装完毕。再次用万用表检查电路是否畅通。 （5）数据测量

打开搅拌，稳定后打开精密电子温差测量仪，监视内筒温度。 待温度基本稳定后开始记录数据，整个数据记录分为三个阶段：

a 初期：这是样品燃烧以前的阶段。在这一阶段观测和记录周围环境和量热体系在试验开始温度下的热交换关系。每隔0.5分钟读取温度1次，共读取10次。 b 主期：从点火开始至传热平衡称为主期。

在读取初期最末1次数值的同时，旋转点火旋钮即进入主期。此时每隔0 .5min读取温度1次，直到温度不再上升而开始下降时为止。

c 末期：这一阶段的目的与初期相同，是观察在试验后期的热交换关系。此阶段仍是每0.5min读取温度1次，共读取10次。

停止观测温度后，从热量计中取出氧弹，缓缓旋开放气阀，在5min左右放尽气体，拧开并取下氧弹盖，氧弹中如有烟黑或未燃尽的试样残余，试验失败，应重做。实验结束，用干布将氧弹内外表面和弹盖擦净，最好用热风将弹盖及零件吹干或风干。

2、萘的燃烧热的测定：称取0.8g～1g 萘，用同样的方法进行测定。

五、数据记录与处理

1、数据记录

室温： 大气压： 内筒水初温： 样品苯甲酸质量： 样品萘质量： 点火丝质量： 剩余点火丝质量： 序号 温度/℃ 序号 温度/℃ 序号 温度/℃ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

2、数据处理

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 （1）温差校正（温差校正可以用雷诺法校正，也可用公式法校正） a 用雷诺法校正温差

具体方法为：将燃烧前后观察所得的一系列水温和时间关系作图，连成FHDG折线，见图1所示。

b温度CC'DGb温度CC'DGJlAA'B时间

JlAA'HFHFB时间

图1绝热一般时的雷诺图 图2绝热良好时的雷诺图

图1中H相当于开始燃烧之点，D为观察到的最高温度读数点，令JTHTD，过J作一平行线2JI交折线于I，过I点作垂线ab，然后将FH线和GD线外延交ab于A、C两点。A点与C点所表示的温度

差即为欲求温度的升高△T。图中AA′为开始燃烧到温度上升至室温这一段时间△t1内，由环境辐射和搅拌引进的能量而造成量热计温度的升高，必须扣除。CC′为温度由室温升高到最高点D这一段时间△t2内量热计向环境辐射出能量而造成量热计温度的降低，因此需要添加上。由此可见，AC两点的温度差较客观地表示了由于样品燃烧促使温度计升高的数值。当量热计的绝热情况良好，热漏小，而搅拌器功率大，不断引进的能量使得曲线不出现极高温度点，这种情况下△T仍然可以按照同法校正，如图2所示。

b 用公式法校正温差

tt高t低＋t校

式中：t高为点火后，量热计达到最高温度后，开始下降的第一个读数;

t低为点火前读得量热计的最低温度;

VV1t校为温度校正值，t校＝mV1r

2式中：V为点火前，每半分钟量热计的平均温度变化;

V1为样品燃烧使量热计温度达最高而开始下降后，每半分钟的平均温度变化; m点火后，温度上升很快（大于每半分钟0.3℃）的半分钟间隔数，

r为点火后，温度上升较慢的半分钟间隔数。其计算方法如下例：

序号 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

由以上数据可知：V温度/℃ 22.283 22.285 22.287 22.290 22.291 22.293 22.295 22.294 22.300 22.301 22.304(T低) 序号 点火 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 温度/℃ 22.51 23.5 24.1 24.31 24.43 24.503 24.520 24.525 24.527 24.528 序号 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 温度/℃ 24.525(T高) 24.524 24.523 24.521 24.520 24.518 24.517 24.515 24.514 24.512 24.510 22.28322.3040.0021℃

1024.52524.510V10.0015℃

10m3,r9

VV10.00210.0015t校＝mV1r30.001590.013℃

22tt高t低＋t校4.5252.3040.0132.234℃

（2）利用苯甲酸数据计算量热计体系热容值K

苯甲酸质量：1.0280g；燃烧丝：0.0130g；剩余0.0090g；烧掉燃烧丝0.0040g；滴定洗涤液用0.100mol.L-1NaOH：2.30ml;

K-QV.a - q.b + 5.98c

t264601.0280.004066945.982.30 2.23412.18KJ.k1（3）利用萘数据计算萘的恒容燃烧热QV、QP.m

压片后： M（萘）=0.6288g

燃烧丝：0.0130g；剩余0.0090g；烧掉燃烧丝0.0040g；滴定洗涤液用0.100mol.L-1NaOH：3.20ml;

记录数据: a.未点火前：10个数据点，每隔30秒记录一次数据。 b.点火后：30个数据点，每隔30秒记录一次数据。

序号 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 温度/℃ 23.283 23.285 23.287 23.290 23.291 23.293 23.295 23.294 23.300 23.301 23.304(T低) 序号 点火 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 温度/℃ 23.51 23.5 25.1 25.31 25.43 25.503 25.520 23.525 23.527 23.528 序号 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 温度/℃ 25.525(T高) 25.524 25.523 25.521 25.520 25.518 25.517 25.515 25.514 25.512 25.510 -QV.a - q.b + 5.98c =K.△t，已知K，利用以下推导可求解出QV及Qp；

QPQVB(g)RT

cUmQV.mQVM萘，M萘为萘分子量，g/mol。

 cHmcUmnRT

cHmQPQVM萘nRTcHmcUmnRT

=Qv-2RT=-4790.56-2×8.314（13.243+273）/1000 =-4785.80kJ/mol 6、注意事项

(1) 试样在氧弹中燃烧产生的压力可达14MPa。 因此在使用后应将氧弹内部擦干净，以免引起弹壁腐蚀，减少其强度。

(2) 氧弹、量热容器、搅拌器在使用完毕后，应用干布擦去水迹，保持表面清洁干燥。

(3) 氧气遇油脂会爆炸。因此氧气减压器、氧弹以及氧气通过的各个部件，各连接部分不允许有油污，更不允许使用润滑油。如发现油垢，应用乙醚或其它有机溶剂清洗干净。 (4) 坩埚在每次使用后，必须清洗和除去碳化物，并用纱布清除粘着的污点。

7.思考题

(1) 固体样品为什么要压成片状?如何测定液体样品的燃烧热? (2) 根据误差分析，指出本实验的最大测量误差所在。 (3) 如何用萘的燃烧热数据来计算萘的标准生成热？

附文献值：点火丝热值：镍铬丝为 -3242 J·g-1或-1.4 J·cm-1；铁丝为-6694 J·g-1或-2.9 J·cm-1 苯甲酸燃烧热为：-26460 J·g –1 ， 萘燃烧热为：-40205 J·g –1。（测定条件：20℃、P）

