燃烧热的测定.docx
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燃烧热的测定
燃烧热测定
一、实验目的
1、学会用氧弹热量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、掌握用雷诺曲线法校正所测温差的方法。
4、掌握压片技术，熟悉高压钢瓶的使用方法。
学会用精密电子温差测量仪测定温度的改变值。
二、基本原理
燃烧焓的定义：
在指定的温度和压力下，lmol的物质完全燃烧生成指定产物的焓变，
称该物质在此温度下的摩尔燃烧焓，记作cHm。
燃烧产物指定该化合物中C变为C02（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等。
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，具有重要的理论价值。
量热方法是热力学的一个基本实验方法。
热量有Qp和Qv之分。
用氧弹热量计测得的是恒容燃烧热Qv；从手册上查到的燃烧热数值都是在298.15K，1p条件下，即标准摩尔燃烧焓，属于恒压燃烧热Qp。
由热力学第一定律可知，在不做非膨胀功的条件下，QvU；QpH。
若把参加反应的气体和反应生成的气体都作为理想气体处理，则它们之间存在以下关系：
QpQvnRT
（1）
式中，△n为反应前后生成物和反应物中气体的物质的量之差；R为气体常数；T为反应的热力学温度（量热计的外桶温度，环境温度）。
在本实验中，在盛有2500ml水的容器中放入装有W克样品和氧气的密闭氧弹，使样品完全燃烧，放出的热量引起体系温度的上升。
根据能量守恒原理，用温度计测量温度的改变量，由下式求得Qv。
QvWMC（T终T始）
2）
式中，M是样品的摩尔质量（g.mol-1）；C为样品燃烧放热给水和仪器每升高1度所需要的热量，称为水当量（J.K-1）。
水当量的求法是用已知燃烧热的物质（本实验用苯甲酸）放在量热计中，测定和T始和T终，即可求出水当量C；然后再用相同的方法对奈进行测定，测定和T始和T终，代入上式，便可求得其燃烧热。
三、仪器与试剂：
氧弹热量计1套、容量瓶（1000mL）1个、氧气钢瓶1个、氧气减压阀1个、苯甲酸（分析纯）、萘（分析纯）、台称1台、电子天平1台（0.0001g）、压片机1台、燃烧丝、棉线。
四、实验步骤：
1.热量计的水及仪器当量（即总热容量）的测定
热量计的热容量就是与其量热体系具有相同热容量的水的重量（以克计）。
热量计热容量表数值上等于量热体系温度升高1℃所需的热量。
量热体系指在实验过程中发生的热效应所能分布到的部份，包括量热容器，氧弹的全部以及搅拌器，温度计的一部分。
热量计热容量用已知燃烧热值的苯甲酸，在氧弹内用燃烧的方法测定。
试样的测定应与热容量的测定在完全相同的条件下进行。
当操作条件有变化时，如更换或修理热量计上的另件，更换温度计，室温与上次测定热容量时的室温相差超过5℃以及热量计移到别处等，均应重新测定热容量。
（1）样品压片在台秤上粗称苯甲酸约0.9-1.0g，用压片机压成片，取约10cm长的燃烧丝和棉线各一根，分别在电子天平上准确称重；用棉线把燃烧丝绑在苯甲酸片上，准确称重。
（2）氧弹充氧将氧弹的弹头放在弹头架上，把燃烧丝的两端分别紧绕在氧弹头上的两根电极上，把弹头放入弹杯中，拧紧。
充氧时，开始先充约0.5MPa氧气，然后开启出口，借以赶出氧弹中的空气。
再充入1MPa氧气，充气约2分钟。
氧弹放入量热计中，接好点火线。
氧弹不应漏气，如有漏气现象，应找出原因，子以修理。
（3）调节水温准备一桶自来水，调节水温约低于外筒水温1℃（也可以不调节水温直接使用）。
用量筒取2500mL水注入内筒，水面应淹到氧弹进气阀螺帽高度的2／3处，装好搅拌头。
（4）测定水当量将测温探头插入内筒，测温探头和搅拌器均不得接触氧弹和内筒。
整个实验分为三个阶段：
1.初期：
这是试样燃烧以前的阶段。
在这一阶段观测和记录周围环境与量热体系在试验开始温度下的热交换关系。
每隔1min读取温度一次，这样连续读取8~10组温度，直到读取的温度与上次相差小于0.01℃。
2.燃烧期：
燃烧定量的试样，产生的热量传给热量计，使热量计装置的各部分温度达到均匀。
在初期的最末一次读取温度的瞬间，按下点火键点火（按住约1min不放），若温度迅速上升，则表明样品已经开始燃烧（如果通电后，温度没有迅速上升，表示点火没有成功，需打开氧弹，检查原因）燃烧过程中每隔15s读取一次温度，直到温度上升明显缓慢为止，这个阶段算作燃烧期。
3.末期：
这一阶段的目的与初期相同，是观察在试验终了温度下的热交换关系。
在燃烧期读取最后一次温度后，每隔1min读取温度一次，共读取8~10组温度作为实验的未期．
（5）停止观测温度后，从热量计中取出氧弹，用放气帽缓缓压下放气阀，在1分钟左右放尽气体，拧开并取下氧弹盖，量出未燃完的引火线长度，计算其实际消耗的重量。
随后仔细检查氧弹，如弹中有烟黑或未燃尽的试样微粒，此试验应作废。
如果未发现这些情况，用蒸馏水洗涤弹内各部份，坩埚和进气阀。
（6）用干布将氧弹内外表面和弹盖拭净，最好用热风将弹盖及另件吹干或风干，备用。
2.试样燃烧热的测定：
萘的燃烧热的测定称取0.5g萘，用上述同样的方法进行测定。
五、数据处理：
1.实验数据：
苯甲酸
反应前期（1次/min）
反应中期（1次/15s）
反应后期（1次/min）
时间
温度
时间
温度
时间
温度
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
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反应前期（1次/min）
反应中期（1次/15s）
反应后期（1次/min）
时间
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原始数据记录：
1）燃烧丝重g；棉线重g；苯甲酸样品重g；
剩余燃烧丝重g；水温℃。
2）燃烧丝重g；棉线重g；萘样品重g；
剩余燃烧丝重g；水温℃
2.由实验数据分别求出苯甲酸、萘燃烧前后的t始和t终。
ΔT苯甲酸＝
ΔT萘＝
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，得一曲线，如图1所示。
图1雷诺法校正温差
在图1（a）中，H点意味着燃烧开始，热传入介质；D点为观察到的最高温度值；从相当于室温的J点作水平线交曲线于I，过I点作垂线ab，再将FH线和GD线延长并分别交ab线于A、C两点，其间的温度差值即为经过校正的△T。
图1（a）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所造成的升温，故应予扣除。
CC′为由室温升到最高点D这一段时间△t2内，热量计向环境的热漏造成的温度降低，计算时必须考虑在内。
故可认为A、C两点的差值较客观地表示了样品燃烧引起的升温数值。
在某些情况下，热量计的绝热性能良好，热漏很小，而搅拌器功率较大，不断引进的能量使得曲线不出现极高温度点，如图1（b）所示。
校正方法相似。
作苯甲酸和萘燃烧的雷诺温度校正后，由△T计算体系的热容量和萘的恒容燃烧热QV，并计算其恒压燃烧热QP；再用公式法计算体系的热容量和萘的恒容燃烧热QV，并计算其恒压燃烧热QP。
并分别比较测定结果的相对百分误差。
六、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，减小其强度。
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.内筒中加2500mL水后若有气泡逸出，说明氧弹漏气，设法排除。
4.搅拌时不得有摩擦声。
5.测定样品萘时，内筒水要更换且需调温。
6.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，应用乙醚或其他有机溶剂清洗干净。
7.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。
七、思考题：
1.搅拌太慢或太快有何影响？
2.实验中那些因素容易造成误差？
最大误差是哪种？
提高本实验的准确度应该从哪方面考虑？
3.说明恒容热和恒压热的关系
SHR-15A燃烧热实验仪操作规程
一、简介
SHR-15A燃烧热实验仪是本厂采纳用户意见，从满足师生做燃烧热试验方便，采集数据
快捷、准确的角度出发，以此开发的新型仪器。
SHR-15A燃烧热实验仪集数据采集、点火控
制、搅拌控制于一体，外观新颖，是院校师生做此类实验的理想仪器。
、面板示意图
一）前面板示意图
图一面板示意图
1、电源开关。
2、锁定键——锁定选择的基温，按下此键，基温自动锁定，此时“采零”键不起作用，直至重新开机。
3、测量/保持键——测量与保持功能之间的转换。
4、采零键——用于消除仪表当时的温差值。
5、增时健——按下此键，延长定时时间。
6、减时健——按下此键，缩短定时时间。
7、搅拌开关。
8、点火按键——按下此键，点火输出线输出0～36V交流电压。
9、指示灯——灯亮，表明仪表处于相对应的状态。
10、定时显示窗口——显示设定的间隔时间。
11、温度显示窗口——显示所测物的温度值。
12、温差显示窗口——显示温差值。
（二）后面板示意图：
图二后面板示意图
1、传感器插座——将传感器插头插入此插座。
2、控制输出——搅拌电机、点火输出连接处。
3、RS232C串行口——计算机接口。
（可选配）
4、熔丝盒——保险丝2A。
5、电源线插座——接～220V电源。
三、使用方法
1、将传感器接入后面板传感器座，用专用连接线一端接入后面板“控制输出”座。
另一端接热量计的输入（连接搅拌电机，氧弹），如需与电脑连接,用串行口线与RS232C串行口连接即可。
最后将电源线一端与仪器连接,另一端与～220V的电源连接。
2、打开电源开关，前面板显示如图三，测量指示灯亮：
8.67228.6700
温差显示（℃）温度显示（℃）定时显示（秒）
图三
3、将传感器放入被测介质中，待温度、温差相对稳定后按“采零”键，温差即显示为“0.000”，此后温差窗口显示即为介质温度“变化量”。
4、按下“锁定”键，“锁定”指示灯亮，仪器自动锁定所需基温，如在26.77℃时,仪器自
动锁定20℃为基温,26.77℃—20℃=6.772℃。
温差显示为6.772℃。
注意：
按下“锁定”键后，“采零”键不起作用，直至重新开机。
5、打开搅拌开关，搅拌指示灯亮,仪器输出110V的搅拌电机工作电压。
6、按下“点火”按键，“点火”指示灯亮，仪器输出0～36V点火电压，延续数秒后，点火
指示灯灭，表明点火成功。
7、数据采集过程如需手工记录数据或观测数据，按一下“保持”键，蜂鸣器响，温度、温差不变化，方便记录，再按一下“测量/保持”键，仪器自动跟踪测量，如需定时记录，按“定时”键可在0～99S之间设定记录时间的间隔。
8、实验完毕，关闭电源开关，拔下电源线。
燃烧热实验——量热计操作规程
简介
燃烧焓是指1摩尔物质在等温、等压下与氧进行完全氧化反应时的焓变，是热化学中的重要数据。
一般化学反应的热效应，往往因为反应太慢或反应不完全，不是不能直接测定，就是测不准。
但是，通过盖斯定律可用燃烧热数据间接求算。
因此燃烧热广泛地用于各种热化学测量。
测量燃烧热原理是能量守恒定律，样品完全燃烧放出的能量使量热计本身及其周围介质（本实验用水）温度升高，测量了介质燃烧前后温度的变化，就可计算该样品的恒容燃烧热。
许多物质的燃烧热和反应热已经测定。
本实验燃烧热是在恒容情况下测定的。
系统除样品燃烧放出热量引起系统温度升高以外还有其他因素，这些因素都须进行校正。
其中系统热漏必须经过雷诺作图法校正。
校正方法如下：
称适量待测物质，估计其燃烧后可使水温升高1.5～2.0度，预先调节水温使其低于环境1.0度左右。
按操作步骤进行测定,将燃烧前后观察所得的一系列水温和时间关系作图，可得图b
（1）的图形，图中H点意味着开始燃烧，热传入介质；D点为观察到的最高温度值；从相当于室温的J点作水平线交曲线与I，过I点作垂线ab,再将FH线和GD线延长并交ab线于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，必须扣除之。
CC'为室温升高到最高点D这一段时间△t2内，量热计向环境的热漏造成温度的降低，计算时必须考虑在内。
由此可见，AC两点的差值较客观地表示了由于样品燃烧促使温度升高的数值。
有时量热计的绝热情况良好，热漏小，而搅拌器功率大，不断稍微引进能量使得燃烧后
的最高点不出现，如图b
（2）所示。
其校正方法同前述。
二、使用方法
1、仔细阅读《SHR-15A燃烧热实验仪说明书》。
2、将热量计及全部附件加以整理并洗净。
3、测量水当量K
（1）压片
先用天平粗称1.0g左右的苯甲酸，在压片机中压成片状。
（不能压太紧，太紧点火后不能充分燃烧。
）压成片状后,再在天平上准确称重。
（2）装样
旋开氧弹，把氧弹的弹头放在弹头架上，将样品苯甲酸放入坩埚内，把坩埚放在燃烧架上。
取一根燃烧丝并测量其长度，然后将燃烧丝两端分别固定在弹头中的两根电极上，中部贴紧样品苯甲酸。
（燃烧丝与坩埚壁不能相碰）在弹杯中注入10ml水，把弹头放入弹杯中，用手拧紧。
（3）充氧
使用高压钢瓶必须严格遵守操作规则。
开始先充入少量氧气（约0.5MPa），然后将氧弹
中的氧气放掉，借以赶出弹中空气。
再向氧弹中充入约2Mpa的氧气。
（4）调节水温
将量热计外筒内注满水，用手动搅拌器稍加搅动。
按使用说明书将热量计与燃烧热实验仪连接起来，打开SHR-15A燃烧热实验仪的电源（不要开启搅拌开关），将传感器插入加水口测其温度，待温度稳定后，记录其温度值。
再用筒取适量自来水，测其温度，如温度偏高
或相平则加冰调节水温使其低于外筒水温1度左右。
用容量瓶精取3000ml已调好的自来水注入内筒，再将氧弹放入,水面刚好盖过氧弹。
如氧弹有气泡逸出，说明氧弹漏气，寻找原因并排除。
将电极插头插在氧弹两电极上，此时点火指示灯亮,盖上盖子。
（注意：
搅拌器不要与弹头相碰。
）同时将传感器插入外筒水中。
（5）点火
开启搅拌开关，进行搅拌。
水温基本稳定后，将温差“采零”并“锁定”。
然后将传感器取出,放入内筒水中，待温度稳定后,设置蜂鸣60秒一次,每隔60秒记录一次温差值（精确至±0.002℃），直至连续10次水温有规律微小变化。
设置蜂鸣15秒一次，按下“点火”按钮，此时点火指示灯灭，停顿一会点火指示灯又亮，直到燃烧丝烧断，点火指示灯才灭。
杯内样品一经燃烧，水温很快上升，点火成功。
每隔15秒,记录一次温差值，直至两次读数差值小于0.005℃，设置蜂鸣60秒一次,每隔60秒记录一次温差值（精确至±0.002℃），连续读10个点，实验结束。
注意：
（水温没有上升，说明点火失败，应关闭电源，取出氧弹，放出氧气，仔细检查燃烧丝及连接线，找出原因并排除）。
（6）校验实验停止后，关闭电源，将传感器放入外筒。
取出氧弹，放出氧弹内的余气。
旋下氧弹盖，测量燃烧后残丝长度并检查样品燃烧情况。
样品没完全燃烧，实验失败，须重做；反之，说明实验成功。
4、测量待测物
称取0.6克左右萘，同法进行上述实验操作一次。
三、注意事项
1、待测样品需干燥，受潮样品不易燃烧且称量有误。
2、注意压片的紧实程度，太紧不易燃烧，太松容易裂碎。
3、加热丝应紧贴样品，点火后样品才能充分燃烧。
4、点火后，温度急速上升，说明点火成功。
若温度不变或有微小变化，说明点火没有成功
或样品没充分燃烧。
应检查原因并排除。
5、实验仪“采零”或正式测量后必须“锁定”
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