2燃烧热实验报告

华 南 师 范 大 学 实 验 报 告

学生姓名 学 号 专 业 化学(师范) 年级、班级 课程名称 物理化学实验 日

实验指导老师 蔡跃鹏 实验评分

【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掌握量热技术的基本原理；学会测定奈的燃烧热。 ③了解氧弹卡计主要部件的作用，掌握氧弹卡计的实验技术。 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(焓)△cHmθ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物质的燃烧热称为恒容摩尔燃烧热QV,m，数值上等于这个燃烧反应过程的热力学能的变化△rUm；恒压条件下测得的1mol物质的燃烧热称为恒压摩尔燃烧热Qp,m，数值上等于这个燃烧反应过程的摩尔焓变△rHm，化学反应热效应通常是用恒压热效应△rHm来表示。若参加燃烧反应的是标准压力下的1mol物质，则恒压热效应△rHmθ即为该有机物的标准摩尔燃烧热△cHmθ。

若把参加反应的气体与生成的气体作为理想气体处理，则存在下列关系式。

Qp,m=QV,m+(∑VB)RT (3-4)

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；T为反应的绝对温度；Qp,m与QV,m的量纲为J/mol。

本实验所用测量仪器为氧弹量热计(也称氧弹卡计)，按照结构及其与环境之间的关系，氧弹量热计通常分为绝热式和外槽恒温式，本实验所用为外槽恒温式量热计。

氧弹为高度抛光的刚性容器，耐高压、耐高温、耐腐蚀，密封性好，是典型的恒容容器。测定粉末样品时需压成片状，一面充氧时冲散样品或燃烧时飞散开来。

量热反应测量的基本原理是能量守恒定律。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，充氧，然后使样品完全燃烧，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，及量热计及水每升高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T1、T2，则此样品的恒容摩尔燃烧热为

QV，m= - C(T2-T1)

(3-5) n实验项目 燃烧热的测定

实验类型 ：□验证□设计□综合 实验时间 年 月

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式中，QV,m为样品的恒容摩尔燃烧热，J/mol；n为样品的物质的量，mol；C为仪器的总热容，

J/K或J/℃。

式(3-5)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，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[需由温度-时间曲线(即雷诺曲线)确定初温和最高温度]；另一方面，多数物质不能自然，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，如式(3-6)：

- nQV,m-m点火丝Q点火丝=C△T (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，点火丝(铁丝)燃烧热为-6694.4J/g；△T为校正后的温度升高值。

仪器热容C的求法是用已知燃烧焓的物质（如本实验用的苯甲酸），放在量热计中燃烧，测其始、末温度，经雷诺校正后，按式(3-6)即可求出C。

样品完全燃烧是实验成功的第一关键，为此氧弹充以1.0~1.5Mpa的高压氧，因此要求氧弹密封耐压、耐腐蚀。同时，为燃烧完全，避免充氧时样品散开，粉末状样品必须压成片状。第二关键是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。为了减少卡计与环境的热交换，卡计放在一个水恒温的套壳中，故称外壳恒温卡计。另外卡计壁高度抛光也是为了减少辐射。

虽然采取了多种措施，但热漏还是无法完全避免，因此，燃烧前后温度的变化值还是不能直接精确测出来，必须经过雷诺作图法或计算法校正。本实验用精密数字式贝克曼温度计来测量温度差。 【仪器和试剂】

外槽恒温式氧弹卡计（1个），氧气钢瓶（1瓶），压片机（2台），数字式贝克曼温度计（1台），0~100℃温度计（1支），万用电表（1个），扳手（1把）；萘（A.R），苯甲酸（A.R），点火丝（铁丝）（约10cm长）。 【实验步骤】

(1)测定氧弹卡计和水的总热容C ①样品压片 压片前，线检查压片用模子，若发现压模有铁锈、油污和尘土等，必须擦净后才能进行压片。用台秤称取约0.8g左右的苯甲酸，压好样品，再用分析天平分别准确称取一段10cm长得点火丝和棉线，再用棉线将点火丝绑在样品（不能有粉末）上，然后在分析天平上准确称重。

②装置氧弹、充氧气 将绑好点火丝的苯甲酸样品放在氧弹卡计的燃烧皿中，压片应尽量进入燃烧皿（切忌把压片悬挂于燃烧皿上方），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，用万能电表检查电机是否通路。

连接好氧气瓶和氧气减压阀表，并用铜导管（高压管）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示的压力即为氧气瓶中氧气总压力，然后略微旋紧减压阀（即打开），使减压表上另一表盘的指针压力读数约为10kg/cm1MPa。随即放松（即关闭）减压阀。按动充氧装置的手柄，使充氧仪上压力表的指针为10MPa，保持数秒，此时氧弹已充有约10Mpa

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的氧气，为了排除氧弹内的空气，应反复充放两三次。取下氧弹。关闭氧气瓶上的阀门，打开减压阀，放掉管边和氧气表中的余气。

③燃烧温度的测量 将充好氧气的氧弹再用万用表来检查是否通路。若通路则可将氧弹放入卡计的水桶内，用量筒准确量取自来水3000mL倒入水桶内，装好搅拌轴（叶片不能碰壁)。盖上盖子，将贝克曼温度计探头插入水中。插到桶中氧弹一半深度的位置，此时用普通温度计读出水外筒水温和铜水桶内的水温。氧弹两电极用电线连接在点火器上，然后开动搅拌马达，待温度稳定上升后，每隔半分钟读取贝克曼温度计一次，这样连续记录5min，得到燃烧前期的温度。此刻迅速按下点火器上点火键通电点火。判断点火是否成功有两个标准：一是点火器电流表指针是否先发生偏转（表示已通电）后又迅速回零（表示点火丝已燃断）；二是温度在1min内是否迅速上升。否则需打开氧弹检查原因。自按下点火键点火后，读数仍0.5min记录一次，直到温度出现最高点（或温度基本维持不变），此阶段的温度作为燃烧期间的温度；当温度升到最高点并开始下降后仍继续记录5min作为燃烧结束后期温度，方可停止实验。

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，最后旋开氧弹盖，检查样品燃烧结果，若氧弹有许多黑色的残渣，表示燃烧不完全，实验失败。燃烧完全的，燃烧后剩下的铁丝取出称其重量（或事先称出每厘米铁丝重量，用量长度的办法计算重量）。自点火丝重量中减去未燃烧铁丝重量再计算。倒去铜水桶的水并用毛巾擦干待下次实验用。用同样方法，再用苯甲酸进行一次实验，求平均值。

(2)萘然烧热的测定

①称取0.5g左右的萘两份，同上实验操作进行两次，求平均值。 ②最后倒去自来水，擦干铜水桶待下次实验用。

【数据处理】

①用图解法求出苯甲酸燃烧引起卡计温度变化的差值△T，计算卡计的热容C，并求出两次实验所得水当量的平均值。

②用图解法求出萘燃烧引起卡计温度变化的差值△T，计算萘的恒容摩尔燃烧热QV,m（两次实验的平均值）。

③由恒容摩尔燃烧热QV,m求恒压摩尔燃烧热Qp,m、（即△cHm）。

④由基尔霍夫定律将△cHmθ(T)换成△cHmθ(298. 15K)，并与文献值比较[所需数据自行查表，此处认为压力始终为1atm (101325Pa)]。

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【实验评注与拓展】

本实验成功的关键：

①保证样品完全燃烧，是实验成功的关键之一，为此，样品压片须力度适中； ②氧弹点火要迅速而果断，点火丝与电极要接触良好，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在测定过程中，应该避免卡计周围的温度大幅度波动。量热法是物理化学中一个重要的实验技术，主要用来测定反应的热效应（包括燃烧热、物质生成热、中和热、反应热等）、相变热和热容等。它能定性检测放热或吸热过程的存在，定量测定这些过程的进行程度；用来研究物质的平衡性质；通过热化学数据研究某些有机物的结构等，这些数据对于热力学和热化学的计算是很重要的。

例如：有些化合物如蔗糖等，不能从稳定的单质直接合成，其生成焓也就无法通过实验直接测定，只能依靠间接方法进行测定。对于有些容易在氧气中燃烧的物质（如大多数的有机物），则可以测定其燃烧热。在燃烧产物生成焓都已知的情况下，利用盖斯定律可求得该化合物的生成焓。

另外，本实验所用氧弹卡计，除可以测定固体物质的燃烧热外，也可以测定液体物质的燃烧热；不仅限于物质在氧中的燃烧，也可充以其他气体，如充氯气研究物质氯化反应的热效应。 【提问与思考】

①什么是燃烧热？它在化学计算中有何应用？

答：燃烧热是指在一定压力、温度下，某物质完全氧化成相同温度的指定产物时的焓变。在化学计算中，它可以用来求算化学反应的焓变以及生成焓。

②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：A.样品完全燃烧，所以样品的量不能太多，压片不能太紧也不能太松。

B.量热计完全绝热，事实上不可能实现，因此需要经过合雷诺校正得到准确的温差变化。 ③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：因为要保证实验的准确性须保证量热计完全绝热，但这是不可能的，系统和环境间或多或少会存在热交换，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。其他误差来源：样品是否充分燃烧。

④在本实验中，哪些是系统？哪些是环境？系统和环境间有无热交换？这些热交换对实验结果有何影响？如何校正？

答：盛水桶内部物质及空间为系统，除盛水桶内部物质及空间的热量计其余部分为环境，系统和环境之间有热交换，热交换的存在会影响燃烧热测定的准确值，可通过雷诺校正曲线校正来减小其影响。

⑤ 固体样品为什么要压成片状？萘和苯甲酸的用量是如何确定的？

答：压成片状有利于样品充分燃烧；萘和苯甲酸的用量太少测定误差较大，量太多不能充分燃烧，可根据氧弹的体积和内部氧的压力确定来样品的最大用量。

⑥ 试分析样品燃不着、燃不尽的原因有哪些?

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答：压片太紧、燃烧丝陷入药片内会造成燃不着；压片太松、氧气不足会造成燃不尽。

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