实验二  燃烧热的测定

一、目的要求

1.用氧弹量热计测定萘的燃烧热。

2.了解氧弹量热计的原理、构造及使用方法。

二、实验原理

1摩尔物质完全氧化时的反应热称为燃烧热。所谓完全氧化是指C变为CO₂(气)，H变为H₂O(液)，S变为SO₂(气)，N变为N₂(气)，如银等金属都变成为游离状态。

例如：在25℃、1.01325×10⁵Pa下苯甲酸的燃烧热为-3226.9kJ/mol，反应方程式为：

对于有机化合物，通常利用燃烧热的基本数据求算反应热。燃烧热可在恒容或恒压条件下测定，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，恒压燃烧热。在体积恒定的氧弹式量热计中测得的燃烧热为Q_V，而通常从手册上查得的数据为Q_p，这两者可按下列公式进行换算

                   （2-1）

式中，Δn(g)——反应前后生成物和反应物中气体的物质的量之差；

      R——气体常数；

      T——反应温度，用绝对温度表示。

通常测定物质的燃烧热，是用氧弹量热计，测量的基本原理是能量守恒定律。一定量被测物质样品在氧弹中完全燃烧时，所释放的热量使氧弹本身及其周围的介质和量热计有关附件的温度升高，测量介质在燃烧前后温度的变化值，就能计算出该样品的燃烧热。

       （2-2）

式中，，M——分别为样品的质量和摩尔质量；

Q_V——为样品的恒容燃烧热；

,——引燃用的铁丝的质量和单位质量的燃烧热（）；

——分别为水的比热容和水的质量；

——是量热计的总热容（氧弹、水桶每升高1K，所需的总热量）；

——即，为样品燃烧前后水温的变化值。

若每次实验时水量相等，对同一台仪器不变，则（）可视为定值K，称为量热计的水当量。

水当量K的求法是：用已知燃烧热的物质（本实验用苯甲酸）放在量热计中燃烧，测其始末温度，求出，便可据式2-2求出K。

三、仪器和药品

1.仪器

SHR-15氧弹量热计1台；SWC-Ⅱ_D精密温度温差仪1台；压片机 1台；充氧器1台；氧气钢瓶1个。部分实验仪器如图2.1和图2.2所示。

图2.1 氧弹量热计安装图

2.药品

铁丝；苯甲酸(标准物质)；萘（AR）。

四、实验步骤

（一）、步骤

1.萘的燃烧热测定

⑴ 压片：用台秤称取大约0.6g萘，用分析天平准确称量燃烧丝质量，将已精确称量的燃烧丝穿在压片机钢模的底板内，然后将钢模底板装进模子中，从上面倒入称好的萘样品，在压片机上压成圆片。将萘圆片在干净的玻璃扳上轻击二三次，再用分析天平精确称量。

    ⑵ 装氧弹：把氧弹的弹头放在弹头架上，将样品萘放入坩锅内，把坩锅放在燃烧架上。然后将燃烧丝两端分别固定在弹头中的两根电极上。在弹杯中注入10ml水，把弹头放入弹杯中，用手拧紧。

⑶ 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），然后开启出口，借以赶出弹中空气。再充入约1.5～2MPa的氧气。

⑷ 调节水温：将量热计外筒内注满水，缓慢搅动。打开精密温度温差仪的电源并将其传感器插入外筒水中测其温度。再用桶取适量自来水，测其温度，并调节水温使其低于外筒水温1度左右。用容量瓶精确量取3000ml已调节的自来水注入内筒，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，电极线嵌入桶盖的槽中，盖上盖子（搅拌器不要与弹头相碰）。将两电极插入点火控制箱。同时将传感器插入内筒水中。

⑸ 点火：打开SHR-15氧弹式量热计的电源，开启搅拌开关，进行搅拌。水温基本稳定后，将温差仪“采零”并“锁定”。然后将传感器取出放入外筒水中，记录其温差值，再将传感器插入内筒水中。每隔1分钟读水温一次（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，“点火灯”熄灭。杯内样品一经燃烧，水温很快上升，点火成功（若水温没有上升，说明点火失败，应关闭电源，取出氧弹，放出氧气，仔细检查加热丝及连接线，找出原因并排除）。每15秒记录一次，当温度升至每分钟上升小于0.002℃，每隔1分钟读一次温度，连续读10个点，实验结束。实验停止后，将传感器放入外筒。

⑹ 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，称量燃烧后残丝质量以计算铁丝实际燃烧质量并检查样品燃烧情况。最后擦干氧弹和盛水桶。若样品未完全燃烧，实验失败，须重做。

2.量热计的水当量的测定

以苯甲酸标准物质代替样品萘，按测定萘燃烧热的相同方法测定苯甲酸燃烧前后的温度变化值，用式2-2计算量热计的水当量。

（二）、实验注意事项

1.样品压片不可太紧，否则，燃烧不充分。

2.装氧弹时，燃烧丝不能与坩埚壁有接触。

3.点火前和达到最高温度点后要保证足够的测温时间，取足测量数据。

4.实验停止后，一定要称取未燃烧完的残余点火丝的质量。

五、原始数据

苯甲酸：

点火前每分钟计数一次（单位：℃）

点火后每15s计数一次（单位：℃）

当温度升至每分钟上升小于0.002℃，每隔1分钟读一次温度，计数10次（单位：℃）

萘：

点火前每分钟计数一次（单位：℃）

点火后每15s计数一次（单位：℃）

当温度升至每分钟上升小于0.002℃，每隔1分钟读一次温度，计数10次（单位：℃）

六、实验数据及处理

1.用雷诺图解法求出苯甲酸和萘燃烧前后的温度差?T_本甲酸和?T_萘。

苯甲酸的雷诺图

萘的雷诺图

2.计算量热计的水当量，已知苯甲酸的烧燃焓为。

求出萘的燃烧热Q_V和。

解：由W_丝Q_丝+W_样品Q_Ｖ/Ｍ=K?T；其中K为C_水W_水+C_总

     代入苯甲酸数据有

         

        利用已求出的K，计算萘的萘的燃烧热Q_V和

代入萘的数据有        则J·

由计算标准萘的，恒压燃烧热Q_P=

=(-47968.68-2×8.314×300.15×10^-3)=- 47973.67J·

七、思考题

1.在使用氧气钢瓶及氧气减压阀时，应注意哪些规则？

答：（1）氧气减压阀应严禁接触油脂，以免发生火警事故。

(2)停止工作时，应将减压阀中余气放净，然后拧松调节螺杆以免弹性元件长久受压变形。
　　    (3)减压阀应避免撞击振动，不可与腐蚀性物质相接触。

2.为什么实验测量得到的温度差值要经过作图法校正？

答：由于存在热漏现象以及搅拌机功率过大引进的热量，所以要用雷诺图解校正法对实验数据进行处理。这样才能真实地代表被测样品燃烧热引起卡计温度升高的数值△T。

八、实验总结

这次实验中，需要特别小心，特别是做压片和把样品放到燃烧匙时，一定要注意，保证实验规范，同时要注意苯甲酸和萘的压片制作燃烧热等的相关要求，整体实验过程中，我们所做还算好，就是第一次压片时处理点问题。

第二篇：乙醇燃烧热实验报告

                        燃烧热实验报告

一、实验目的 

1、掌握氧弹式量热计的原理、构造及使用方法

2、了解计算机氧弹式量热计系统对燃烧热测定的应用

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（Q_v,m），恒容燃烧热这个过程的内能变化（Δ_rU_m）。在恒压条件下测得的燃烧热称为恒压燃烧热（Q_p,m），恒压燃烧热等于这个过程的热焓变化（Δ_rH_m）。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：

                      D_cH_m = Q_p,m＝Q_v,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，Q_v,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-6694.4 J / g，DT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DT。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DT仍可以按同法校正之。

三、实验步骤

1、把氧弹的弹头放在弹头架上，然后将一段约10cm长的铁丝两端固定在弹头中的两根电极上，注意铁丝不能与坩埚壁相碰。将样品置于坩埚中铁丝上，保证两者接触。把弹头放入氧弹套筒内，拧紧弹盖，充入高压氧气。

2、打开精密温度温差仪电源，将传感器插入外桶中测外桶水温，用塑料大量杯取约3500ml自来水，加冰水调节使其低于外桶水温约0.5-1.0℃左右，之后用容量瓶准确取3000ml已调节好的自来水注入内桶。将电极插头插在氧弹两电极上，盖上量热计盖子，将传感器插入内桶水中，打开量热计电源，开启搅拌器，进行搅拌。待水温基本稳定后，将温差仪“采零”并“锁定”，然后将传感器取出放入外桶中，当温差数据基本稳定后，读取温差值，即为所需外桶水温值t（℃），再将传感器取出插入内桶水中。

3、开启计算机，双击“燃烧热测定”图标打开程序，点击“开始绘图”，系统自动每隔15秒采集一次温差数据，持续10min。然后按“点火”按钮，若点火成功，水温很快上升，当温差数据基本稳定时，在持续采集数据10min。然后点击“停止绘图”

4、停止实验，关闭量热计电源，将传感器放入外桶，取出氧弹，用放气阀放出氧弹内的余气。旋开氧弹盖，检查样品燃烧情况。若没有完全燃烧，须重做。取出内桶，倒去自来水，擦干氧弹和桶，待下次使用。

四、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。

五．数据处理

六、讨论分析

1、实验结果讨论分析

（1）       实验误差计算

查表得， (乙醇，25℃ )= -1366.8kJ/mol

相对误差0.387%

（2）实验误差来源分析

i.           转移乙醇时有部分洒落，或者有部分挥发

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。

2、实验过程等讨论

（1）   注意事项

i. 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。

ii.  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。

iii.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。

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、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。