燃烧热的测定实验报告.docx

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燃烧热的测定实验报告

燃烧热实验报告

一、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区别。

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，掌握氧弹量热计的实验技术。

4、学会雷诺图解法校正温度改变值。

二、实验原理

燃烧热是指1摩尔物质完全燃烧时所放出的热量。

在恒容条件下测得的燃烧热称为恒容燃烧热（Qv,m），恒容燃烧热这个过程的内能变化（ΔrUm）。

在恒压条件下测得的燃烧热称为恒压燃烧热（Qp,m），恒压燃烧热等于这个过程的热焓变化（ΔrHm）。

若把参加反应的气体和反应生成的气体作为理想气体处理，则有下列关系式：

cHm=Qp,m＝Qv,m＋ΔnRT       

（1）

     本实验采用氧弹式量热计测量萘的燃烧热。

测量的基本原理是将一定量待测物质样品在氧弹中完全燃烧，燃烧时放出的热量使卡计本身及氧弹周围介质（本实验用水）的温度升高。

氧弹是一个特制的不锈钢容器。

为了保证化妆品在若完全燃烧，氧弹中应充以高压氧气（或者其他氧化剂），还必须使燃烧后放出的热量尽可能全部传递给量热计本身和其中盛放的水，而几乎不与周围环境发生热交换。

   但是，热量的散失仍然无法完全避免，这可以是同于环境向量热计辐射进热量而使其温度升高，也可以是由于量热计向环境辐射出热量而使量热计的温度降低。

因此燃烧前后温度的变化值不能直接准确测量，而必须经过雷诺矫正作图法进行校正。

放出热（样品+点火丝）＝吸收热（水、氧弹、量热计、温度计）

量热原理—能量守恒定律

在盛有定水的容器中，样品物质的量为n摩尔，放入密闭氧弹充氧，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，即量热计及水每升高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:

式中，Qv,m为样品的恒容摩尔燃烧热（J·mol-1）；n为样品的摩尔数（mol）；C为仪器的总热容（J·K-1或J/℃）。

上述公式是最理想、最简单的情况。

但是，由于

（1）：

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。

（2）多数物质不能自燃，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，等式

（2）左边必须把点火丝燃烧所放热量考虑进去就如等式（3）：

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，为-6694.4J/g，T为校正后的温度升高值。

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

雷诺校正：

消除体系与环境间存在热交换造成的对体系温度变化的影响。

方法：

将燃烧前后历次观察的贝氏温度计读数对时间作图，联成FHDG线如图２-1-2。

图中H相当于开始燃烧之点，D点为观察到最高温度读数点，将H所对应的温度T1，D所对应的温度T2，计算其平均温度，过Ｔ点作横坐标的平行线，交FHDG线于一点，过该点作横坐标的垂线a,然后将FH线和GD线外延交a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’表示由环境辐射进来的热量和搅拌引进的能量而造成卡计温度的升高，必须扣除之。

CC’表示卡计向环境辐射出热量和搅拌而造成卡计温度的降低，因此，需要加上，由此可见，AC两点的温度差是客观地表示了由于样品燃烧使卡计温度升高的数值

有时卡计的绝热情况良好，热漏小，而搅拌器功率大，不断稍微引进热量，使得燃烧后的最高点不出现，如图2-1-3，这种情况下T仍可以按同法校正之。

三、仪器药品

外槽恒温式氧弹卡计（一个）

氧气钢瓶（一瓶）

压片机（2台）

数字式贝克曼温度计（一台）

0～100℃温度计（一支）

万用电表（一个）

扳手（一把）

萘（A.R）

苯甲酸（A.R或燃烧热专用）

铁丝（10cm长）

四、实验步骤

（1）称取约0.5g左右的苯甲酸和点火丝质量，记录m苯甲酸和m铁，将称取的苯甲酸和点火丝一起压片，再将压成的样品称重，记录m样+铁。

（2）将样品点火丝分别绑在氧弹卡记的两极上，旋紧氧弹盖，用万用表检查电路是否通路，充氧气，反复充放3次。

（3）将氧弹插上电极，放入水桶内，加入水3000mL，盖上盖子，打开搅拌器，用温度计测定环境温度T。

（4）插上贝克曼温度计探头，待温度稳定后，每隔30s读贝克曼温度计一次，记录10个数据，迅速按下点火键，仍30s读数一次，直到温度出现最高点，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每隔30s记录一次数据，记录10个数据。

（5）关闭电源，取下贝克曼温度计，拿出氧弹，放气，旋开氧弹盖，检查样品燃烧结果。

若燃烧安全，称量剩下的铁丝，倒去铜水桶的水并用毛巾擦干。

（6）称取0.5g左右萘，重复

（2）-（5）操作。

五、注意事项

1、为避免腐蚀，必须清洗氧弹。

2、点火成败是实验关键，实验前应仔细安装点火丝。

点火丝不应与弹体内壁接触，避免点火后发生短路。

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、样品压片力度须适中。

六、数据处理

1.数据记录

（1）、数据整理如下：

第一次测量苯甲酸样品

点火丝的质量m铁/g

0.0131

燃烧后剩下点火丝的质量m铁1/g

0.0121

燃烧的点火丝质量/g

0.0010

压片质量m压/g

0.6073

苯甲酸1质量m样/g

0.5942

系统温度/℃

21.6

t/min

温度/℃

t/min

温度/℃

t/min

温度/℃

t/min

温度/℃

0.5

23.371

6.5

23.915

12.5

24.385

18.5

24.398

1.0

23.368

7.0

24.084

13.0

24.389

19.0

24.398

1.5

23.366

7.5

24.171

13.5

24.392

19.5

24.397

2.0

23.364

8.0

24.230

14.0

24.395

20.0

24.395

2.5

23.362

8.5

24.270

14.5

24.396

20.5

24.392

3.0

23.360

9.0

24.298

15.0

24.398

21.0

24.392

3.5

23.358

9.5

24.320

15.5

24.400

21.5

24.39

4.0

23.357

10.0

24.338

16.0

24.400

22.0

24.389

4.5

23.356

10.5

24.352

16.5

24.400

22.5

24.388

5.0

23.354

11.0

24.363

17.0

24.400

23.0

24.386

5.5

23.375

11.5

24.371

17.5

24.399

23.5

24.385

6.0

23.633

12.0

24.379

18.0

24.398

24.0

24.384

第二次测量苯甲酸样品

点火丝的质量m铁/g

0.0129

燃烧后剩下点火丝的质量m铁1/g

0.0079

燃烧的点火丝质量/g

0.0050

压片质量m压/g

0.4900

苯甲酸2质量m样/g

0.4771

系统温度/℃

21.6

t/min

温度/℃

t/min

温度/℃

t/min

温度/℃

t/min

温度/℃

0.5

22.997

6.5

23.447

12.5

23.821

18.5

23.837

1.0

22.996

7.0

23.570

13.0

23.825

19.0

23.837

1.5

22.995

7.5

23.645

13.5

23.828

19.5

23.836

2.0

22.993

8.0

23.693

14.0

23.831

20.0

23.835

2.5

22.992

8.5

23.727

14.5

23.833

20.5

23.835

3.0

22.992

9.0

23.749

15.0

23.834

21.0

23.834

3.5

22.991

9.5

23.768

15.5

23.835

21.5

23.834

4.0

22.990

10.0

23.782

16.0

23.836

22.0

23.833

4.5

22.989

10.5

23.794

16.5

23.837

22.5

23.833

5.0

22.989

11.0

23.802

17.0

23.837

23.0

23.832

5.5

23.030

11.5

23.813

17.5

23.837

23.5

23.831

6.0

23.236

12.0

23.817

18.0

23.837

第一次测量萘样品

点火丝的质量

m铁/g

0.0151

燃烧后剩下点火丝的质量m铁1/g

0.0144

燃烧的点火丝质量/g

0.0007

压片质量m压/g

0.4820

萘1质量m样/g

0.4669

系统温度/℃

21.6

t/min

温度/℃

t/min

温度/℃

t/min

温度/℃

t/min

温度/℃

0.5

22.243

7.5

22.619

14.5

23.586

21.5

23.609

1.0

22.314

8.0

22.937

15.0

23.591

22.0

23.609

1.5

22.325

8.5

23.171

15.5

23.595

22.5

23.609

2.0

22.328

9.0

23.307

16.0

23.599

23.0

23.608

2.5

22.330

9.5

23.383

16.5

23.601

23.5

23.608

3.0

22.330

10.0

23.433

17.0

23.604

24.0

23.607

3.5

22.330

10.5

23.469

17.5

23.605

24.5

23.607

4.0

22.331

11.0

23.519

18.0

23.607

25.0

23.606

4.5

22.331

11.5

23.497

18.5

23.608

25.5

23.606

5.0

22.331

12.0

23.535

19.0

23.608

26.0

23.605

5.5

22.332

12.5

23.550

19.5

23.609

26.5

23.605

6.0

22.332

13.0

23.562

20.0

23.609

27.0

23.604

6.5

22.332

13.5

23.572

20.5

23.609

27.5

23.603

7.0

22.369

14.0

23.579

21.0

23.609

28.0

第二次测量萘样品

点火丝的质量

m铁/g

0.0149

燃烧后剩下点火丝的质量m铁1/g

0.0096

燃烧的点火丝质量/g

0.0053

压片质量m压/g

0.5444

萘2质量m样/g

0.5295

系统温度/℃

21.6

t/min

温度/℃

t/min

温度/℃

t/min

温度/℃

t/min

温度/℃

0.5

22.237

6.5

22.971

12.5

23.636

18.5

23.660

1.0

22.235

7.0

23.206

13.0

23.642

19.0

23.660

1.5

22.234

7.5

23.342

13.5

23.647

19.5

23.659

2.0

22.233

8.0

23.427

14.0

23.651

20.0

23.658

2.5

22.232

8.5

23.482

14.5

23.654

20.5

23.658

3.0

22.232

9.0

23.521

15.0

23.657

21.0

23.657

3.5

22.231

9.5

23.551

15.5

23.658

21.5

23.656

4.0

22.230

10.0

23.574

16.0

23.659

22.0

23.655

4.5

22.230

10.5

23.592

16.5

23.660

22.5

23.654

5.0

22.229

11.0

23.607

17.0

23.660

23.0

23.653

5.5

22.281

11.5

23.619

17.5

23.661

6.0

22.617

12.0

23.629

18.0

23.661

2.数据处理

（1）、计算仪器常数的计算

查表可得苯甲酸标准状况下其摩尔燃烧焓为△cHm=—3226.9KJ/mol

苯甲酸燃烧反应方程式为：

由△rHm=cHm=Qp,m＝Qv,m＋ΔnRT       

（1）

得苯甲酸标准状况下其恒压摩尔燃烧热为

如果不考虑温度的变化对标准燃烧热的影响，我们将这次该实验条件下苯甲酸的恒容燃烧热近似认为恒容摩尔燃烧热。

计算仪器常数C

（2）

式中：

——为苯甲酸恒容摩尔燃烧热，

；

C——仪器常数，kJ·K－1；

——样品燃烧前后量热计温度的变化值；

——为点火丝的恒容燃烧热（－6.6944kJ·g-1）

——为点火丝的质量，g；

——为苯甲酸的质量，g。

利用雷诺作图法处理结果如下图：

图一：

苯甲酸1

图二：

苯甲酸2

由图一、二可得苯甲酸燃烧引起卡计温度变化差值分别为

△T1=1.048K△T1=0.853K

现将计算C值所需数据及计算结果整理如下：

样品

温差

△T1/K

点火丝

质量/g

苯甲酸恒容燃烧热

点火丝燃烧热

苯甲酸用量

/g

C/

C平均值

苯甲酸1

1.048

0.0010

-3228.1

-6.6944

0.5942

14.993

14.909

苯甲酸2

0.853

0.0050

-3228.1

-6.6944

0.4771

14.824

（2）计算萘的燃烧热

由公式可得，萘的恒容燃烧热：

式中：

——为萘恒容摩尔燃烧热，

；

——仪器常数，kJ·K－1；

——样品燃烧前后量热计温度的变化值；

——为点火丝的恒容燃烧热（－6.6944kJ·g-1）

——为点火丝的质量，g；

——为萘的质量，g

利用雷诺作图法处理结果如下图：

图三：

萘1

图四：

萘2

样品

温差

△T1/K

点火丝

质量/g

点火丝燃烧热

萘用量/g

C

恒容摩尔燃烧热

平均值

萘1

1.265

0.0007

-6.6944

0.4669

14.909

-5176.396

-5164.433

萘2

1.430

0.0053

-6.6944

0.5295

-5152.470

（3）萘的恒压摩尔燃烧热

由

（2）可得萘的恒容摩尔燃烧热

故根据燃烧方程式：

可得萘的燃烧焓：

两次实验其系统温度分别为21.6℃和21.6℃

计算后取平均值得萘在294.75K时其摩尔燃烧热为

cHm=Qp,m=—5170.559

如果不考虑温度的变化对标准燃烧热的影响，我们将这次该实验条件下（294.75K）萘的恒压燃烧热近似认为恒压摩尔燃烧热。

七、讨论分析

1、实验结果讨论分析

（1）实验误差计算

查表得，

（萘，25℃）=—5153.8kJ/mol

相对误差=

（2）实验误差来源分析

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.处理恒容摩尔燃烧热和恒压摩尔燃烧热时，没有找到苯甲酸和萘的比热，所以不能算得出298.15K时的值，本实验结果是近似处理。

2、实验过程等讨论

（1）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。

（2）实验心得

充分体会到计算机程序的强大，数据的原始记录和进一步的处理，若有人工完成，一方面计算繁琐，另一方面误差较大。

而计算机程序则迅速精确的实现数据的处理，无论对于实验者还是实验质量的提高都相当有益。

八、结论

cHm（萘，294.75k）=-5170.559

九、思考题

1、实验测量得到的温度差值为何要经过雷诺作图校正，还有那些误差来源会影响测量结果。

答：

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。

其他误差来源在结果讨论中已讨论。

2、什么是卡计和水的热当量？

如何测得？

答：

卡计和水的比热容C就是热当量。

本实验通过样品苯甲酸可以测得。

3、测量燃烧热两个关键要求是什么？

如何达到？

答：

1、实验系统绝热2、样品完全燃烧以及放出的热完全被吸收。

保证系统绝热良好效果采用本实验外槽恒温式氧弹卡计，而样品完全燃烧需要保证样品的压片质量要高，以及充氧要充分。

十、参考文献

[1].南京大学物理化学教研室傅献彩,沈文霞,姚天扬.物理化学,第四版（上,下册）.高等教育出版社,1990.

[2].崔献英,柯燕雄,单绍纯.物理化学实验,中国科学技术大学出版社,2000.

[3].《燃烧热测定实验研究》李森兰，杜巧云，王保玉大学化学，2001.