物化实验报告：燃烧热的测定

一、实验目的

1、用氧弹量热计测定萘的燃烧热，明确燃烧热的定义，了解恒压燃烧热与衡蓉燃烧热的差别与相互关系；

2、了解量热计的原理、构造和使用方法，掌握有关热化学实验的一般知识和测量技术； 3、掌握用雷诺图解法校正温度的改变值。

二、实验原理

1、燃烧热定义：一定温度和压力或者体积下，1mol纯物质完全氧化时的反应热。 对于苯甲酸，如在25℃下，按下式完全反应，燃烧热为-3226.8kJ/mol。

由热力学第一定律可知：在不做非膨胀功的情况下，恒容燃烧热QvU，恒压燃烧热

QpH。在氧弹式量热计中测得燃烧热热为Q，其与Qp的关系为

QpQvnRT

在盛有定量水的容器中，放入内装有m g样品和W g氧气的密闭氧弹，然后使样品完全燃烧，放出的热量会传给水及仪器，引起温度上升。

计燃烧前后的体系温度分别为t0,tn，则物质的总的燃烧热为

Q'(CWW')(tnt0)

2、用雷诺作图法校正ΔT：

尽管在仪器上进行了各种改进，但在实验过程中仍不可避免环境与体系间的热量传递。这种传递使得我们不能准确地由温差测定仪上读出由于燃烧反应所引起的温升ΔT。而用雷诺作图法进行温度校正，能较好地解决这一问题。

将燃烧前后所观察到的水温对时间作图，可联成FHIDG折线，如图（1）和图（2）所示。图（1）中H相当于开始燃烧之点。D为观察到的最高温度。在温度为室温处作平行于时间轴的JI线。它交折线FHIDG于I点。过I点作垂直于时间轴的ab线。然后将FH线外延交ab线于A点。将GD线外延,交ab线于C点。则AC两点间的距离即为ΔT。图中AA′为开始燃烧到温度升至室温这一段时间t1内，由环境辐射进来以及搅拌所引进的能量而造成量热计的温度升高。它应予以扣除之。CC′为温度由室温升高到最高点D这一段时间t2内，量热计向环境辐射而造成本身温度的降低。它应予以补偿之。因此AC可较客观

的反应出由于燃烧反应所引起量热计的温升。在某些情况下，量热计的绝热性能良好，热漏很小，而搅拌器的功率较大，不断引进能量使得曲线不出现极高温度点，如图4-2，校正方法相似。

图（1 ）绝热较差时的雷诺校正图 图（2） 绝热良好时的雷诺校正图

必须注意，应用这种作图法进行校正时，卡计的温度与外界环境的温度不宜相差太大(最好不超过2-3℃)，否则会引入大的误差。

三、仪器与试剂：

1． 仪器

GR3500氧弹量热计一套 氧气钢瓶（附氧气套） 数字式温差测量仪一台 压片机一台 万用电表一只 电吹风一只 小镊子一把 容量瓶一个 2． 试剂

苯甲酸（标准量热物质） 萘（A.R）

四、实验步骤 1、实验准备 2、苯甲酸压片，装置氧弹。 3、充氧气 将量热计及其全部附件加以整理并洗净。 向量热计内筒加入3000mL水 称取0.7-0.8g苯甲酸粉末，在压片机中压成圆柱状，准确称量并记录质量。 将压好的样品放入样品室中，将燃烧丝缠在两电极杆上，并与样品接触（勿与样品室避接触，可能会导致短路），旋紧弹盖。 然后充氧，先充不到1MPa，然后放气哦，用以排出空气，然后冲入约1.6MPa氧气。 4、调节水温并测量苯甲酸的燃烧热 打开总电源开关，打开搅拌开关，待马达运转2~3min后，每隔15s读取水温一次（精确至±0.002℃）。直至连续五次水温有规律微小变化。记录20次左右后按下“点火”开关，当数字开始显示明显升温时，表示样品已燃烧，样品一经燃烧，水温很快上升，每15s记录有一次，当温度升至最高点后，两次读数误差小于0.005℃后读数间隔恢复为1min一次，继续10~12min后可停止实验。 5、测量萘的燃烧热 6、清洗实验仪器。实验完毕 始在实验之前，计算需要大概换的水，使水温回到约第一次实验初的温度。用同样的方法测定萘的燃烧热。 五、实验注意事项： 1、待测样品需干燥，受潮样品不易燃烧且容易造成称量误差。

2、样品能否为通电镍丝“点火”成功，是本实验的关键之一，因此实验时应按要求操作将镍丝压入片内。，保证镍丝螺旋部分与样品片接触。

3、氧弹充完氧后一定要检查确信其不漏气，并用万用表检查两极间是否通路。

将氧弹放入量热仪前，一定要先检查点火控制键是否位于“关”的位置。点火结束后，应立即将其关上。

4、样品完全燃烧，时保证实验有较高准确度的关键。为此，将试样压成片状后，要出去表面粉末物质后再称量，冲入氧气并保持适当压力。

5、按要求操作观察记录和绘图矫正温度是很重要的，是影响实验数据准确度的另一重要原因。

六、数据记录及处理：

1、原始数据记录：

（1）室温：13.9℃ 大气压：102.50 KPa m0(镍丝)：0.0231 g 项目 m1(药品+镍丝)/g m2(燃烧m3(燃烧M(样)=m皿，前)/g 皿+镍丝，1+m2-m3Ml(镍丝)=m0+夹套水温盛水桶/℃ 水温/℃ 后)/g 苯甲酸 萘 0.8860 7.70976 7.0904 7.1187 7.1116 0.6981 （2）测量记录： 时间t/ min +Ml-m0/g m2-m3/g 0.8437 0.6557 0.0020 0.0019 16.95 17.14 15.94 15.97 苯甲酸 温差T/K 时间t/ min 温差T/K 时间t/ min 温差T/K 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.25 10.5

0.007 0.01 0.01 0.01 0.012 0.014 0.015 0.016 0.018 0.02 0.021 0.023 0.024 0.025 0.026 0.028 0.03 0.032 0.033 0.035 0.086 0.294 10.75 11 11.25 11.5 11.75 12 12.25 12.5 12.75 13 13.25 13.5 13.75 14 14.25 14.5 14.75 15 15.25 15.5 15.75 0.537 0.728 1.016 1.161 1.179 1.381 1.359 1.3 1.44 1.444 1.48 1.501 1.502 1.517 1.542 1.556 1.566 1.577 1.585 1.598 1.593 16 16.25 16.5 16.75 17 17.25 17.5 17.75 18 18.25 18.5 18.75 19.75 20.75 21.75 22.75 23.75 24.75 25.75 26.75 27.75 28.75 1.603 1.606 1.612 1.617 1.622 1.622 1.632 1.637 1.636 1.637 1.638 1.639 1.1 1.2 1.2 1.3 1.2 1.2 1.2 1.2 1.1 1.2 萘 时间t/ min 0.5 温差T/K 0.005 时间t/ min 11 温差T/K 0.168 时间t/ min 16.5 温差T/K 1.934 1 1.5 2 2.5 3 0.009 0.012 0.015 0.018 0.021 11.25 11.5 11.75 12 12.25 0.282 0.533 0.782 0.985 1.171 16.75 17 17.25 17.5 17.75 1.944 1.948 1.95 1.954 1.959 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5 10.75 0.024 0.028 0.03 0.034 0.036 0.038 0.041 0.043 0.046 0.048 0.051 0.052 0.055 0.058 0.06 0.065 12.5 12.75 13 13.25 13.5 13.75 14 14.25 14.5 14.75 15 15.25 15.5 15.75 16 16.25 1.313 1.401 1.532 1.597 1.662 1.723 1.75 1.79 1.824 1.848 1.863 1.878 1.4 1.912 1.915 1.926 18 18.25 18.5 18.75 19 19.25 19.5 19.75 20 20.25 21.25 22.25 23.25 24.25 25.25 26.25 1.961 1.962 1.966 1.967 1.969 1.97 1.972 1.972 1.973 1.974 1.976 1.974 1.976 1.975 1.974 1.974

（3）数据处理： 实验参考数据：

苯甲酸：分子式(C7H6O2 )/分子量（122.118） 萘：分子式（C10H8）、分子量（128.18 ） 苯甲酸燃烧的Qp= -3226.9 kJ/mol Qp(萘，1atm，25℃ )= -5153.8kJ/mol

镍丝的Ql=3158.9J/g.

可以求得：

①n(苯甲酸)=0.006909 n(萘)=0.005115

②据Qp=QV+nRT 则 QV（苯甲酸）=-3226.9165kJ/mol (4)

①苯甲酸T-t图（雷诺图）：

1.61.41.21.0CC‘DGT/℃0.80.60.40.2JF0.0-0.202468HAA'1012141618202224262830t/min由图可得其 ΔT=AC=1.598K，

-（m样/M）Qv-l·Ql=（cW+W’） T=K T

带入数值：-0.0.006909mol*(-3226.9165kJ/mol)*10-0.0020g*3158.9J/g=K* 1.598℃ 可计算得K=1391.2J/℃ ②萘的T-t图(雷诺图）：

3

2.01.81.61.41.21.0CC'DGT/℃0.80.60.40.20.0-0.20246810JHFA121416182022242628t/min

由图可得其ΔT=AC=1.913K，

据-（m样/M）Qv-l·Ql=（cW+W’）ΔT

带入数值：-0.005115mol*Qv *103-0.0019g*3158.9J·g=K* 1.913℃ Qv =-5214.8kJ/mol Qp(萘) =-5214.78kJ/mol

R=|Qp（测）-Qp|/Qp×100%=1.183%

七、讨论与分析：

1、由苯甲酸和萘的雷诺图可知，量热计的绝热性较好。环境辐射进来以及搅拌所引进的能

量而造成量热计的温度升高较少，而量热计向环境辐射而造成本身温度降低得也少。

2、由实验结果得到萘的摩尔燃烧热为Qp(测)=-5214.78kJ/mol，恒压燃烧热Qp(萘，1atm，25℃ )= -5153.8kJ/mol。其相对误差R=1.183%。误差较大，除了其他系统误差外，造成误差较大的原因可能为所用的燃烧试样质量较大，不符合实验要求，且实验中发现氧弹底呈一点黑色糊状，氧弹在水中冒气泡，漏氧，造成试样燃烧不充分，等等原因造成误差。

八、思考题：

1、在本实验中采用的是恒容方法先测量恒容燃烧热，然后再换算得到恒压燃烧热的原因：

（1）如果是使用恒压燃烧方法，就需要有一个无摩擦的活塞，这是机械摩擦的理想境界，是做不到的；

（2）做燃烧热实验需要尽可能达到完全燃烧，而较高氧气压力或者高浓度下，物质才易充分燃烧。恒压燃烧方法难于氧气的压力（或浓度）达到高压，会造成燃烧不完全，带来实验测定的实验误差。

2、实验中用纯氧来燃烧试样，且充入的氧气压力为大气压的10多倍，保证了物质的充分燃烧。但是由于使用的氧气中常含有杂质N2，在燃烧过程中，会生成一些和其他氮的氧化物。当他们生成和融入水中的时候会使体系温度变化而引起误差。校正如下：实验后打开氧弹，用少量蒸馏水分三次洗涤氧弹内壁，收集洗涤液于锥形瓶，煮沸片刻后用0.1mol/L的NaOH溶液滴定，1ml 0.1mol/L NaOH相当于放热6J，但是实验中没有校正，造成一定的误差。

3、（1）在本实验中，系统与环境的区分：

在本实验装置中，

①燃烧反应体系：氧弹的内部是被测物质的燃烧空间； ②测量体系：盛水桶、3L水（淹没氧弹）和氧弹三部分组成；

环境部分：而盛水桶以外的量热计部分，包括水夹套，以及量热计外壳。

（2）系统和环境见有无热交换？这些热交换对实验结果有何影响？

测量体系与环境之间有热量的交换，因为理想的绝热条件是不可能达到的， 同时影响热量的交换量大小的因素也比较多： ①与体系、环境的材质有关；

②与体系、环境的接触界面积大小有关；

③与体系、环境的温差有关，

要定量准确地测量出体系与环境交换的热量是比较困难的。如果有净的热量交换的话，将会增大实验的测量误差。 （3）如何校正:

在本实验过程中，样品点火燃烧以后体系的温度肯定将高于环境的温度，体系将热传递给环境，因此就必须在样品点火燃烧以前使体系的温度低于环境的温度，使体系从环境处获得热量，并使体系获得的热量与传出的热量尽量抵消，这样测量的效果就相当于绝热体系的结果。即使用“雷诺校正图”的方法处理，使体系与环境之间交换的热量为零或尽可能的小

4、加入盛水桶内的水温为什么要选择比水夹套水温低1 K左右：

测量体系与环境之间有热交换，就应该使体系与环境交换的热量为零或者尽可能的小，

在实验中，样品点火燃烧后，要让内水桶中的水的水温比桶外低，使水从外桶处获得热量，这样实验结果会更准确。

5、实验关键：

点火成功、试样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。 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。

（2）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。 （3）充足氧(1.6MPa)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）注意点火前才将二电极插上氧弹再按点火钮，否则因仪器未设互锁功能，极易发生（按搅拌钮或置0时）误点火，样品先已燃烧的事故。