实验1燃烧热的测定

实验1燃烧热的测定
一、目的要求
1．用氧弹热量计测定萘的燃烧热。

2．了解氧弹热量计的原理、构造及使用方法。

二、原理
燃烧热是指一摩尔物质完全氧化时的热效应。

所谓完全氧化是指C 变为CO 2（气），H 变为H 2O （液），S 变为SO 2（气），N 变为N 2（气），金属如银等都成为游离状态。

燃烧热的测定是热化学的基本手段，对于一些不能直接测定的化学反应的热效应，通过盖斯定律可以利用燃烧热数据间接未清算出。

测定物质燃烧热的氧弹式热量计是重要的热化学仪器，在热化学、生物化学以及某些工业部门中应用广泛。

由热力学第一定律可知，若燃烧在恒容条件下进行，体系不对外作功，恒容燃烧热等体系的改变，
∆U ＝Q V (1-1)
在绝热条件下，将一定量的样品放在充有一定氧气的氧弹中，使其完全燃烧，放出的热量使得体系（反应产物、氧弹及其周围的介质和热量计有关附件等）的温度升高（∆T ），再根据体系的热容（C V ，总），即可计算燃烧反应的热效应，
Q V ＝－C V ∆T （1-2），
上式中负号是指体系放出热量，放热时体系的内能降低，而C V 和∆T 均为正值，故加负号表示。

一般燃烧热是指恒压燃烧热Q p ，Q P 值可由Q V 算得：
Q P ＝∆H ＝∆U ＋P ∆V ＝Q V ＋P ∆V
（1-3）
若以摩尔为单位，对理想气体：
Q P =Q V ＋∆nRT 这样，由反应前后气态物质摩尔数的变化∆n ，就可算出恒压燃烧热Q P 。

反应热效应的数值与温度有关，燃烧热也不例外，其关系为：
P C T
H ∆=∂∆∂)( 式中，∆C P 是反应前后的恒压热容差，它是温度的函数。

一般来说，热效应随温度的变化不是很大，在较小的温度范围内，可认为是常数。

由于实验燃烧热测量的条件与标准条件的不同，为求出标准燃烧热，需将求得的实验燃烧热数据进行包括压力、温度等许多影响因素的校正。

在精度要求不高的前提下，可以忽略这些因素的影响。

三、仪器和试剂
氧弹热量计1台；氧气钢瓶1个；分析天平一台；压片机一台；容量瓶（1L ）一个；锥形瓶一个；碱式滴定管（50mL ）一支。

苯甲酸（二级量热标准试剂，恒容燃烧热为-26495.6J ·g -1）；引燃铁丝（恒容燃烧热为-6694J ·g -1）；棉线少许（恒容燃烧热为-16736J ·g -1）；萘(分析纯)；NaOH 溶液（0.1mol ·L -1）、酚酞指示剂。

四、实验步骤
1．热量计水当量的测定
（1）压片：用台秤称取大约1g 苯甲酸，在压片机上压成圆片。

将苯甲酸圆片在于净的玻
璃板上轻击二三次，再用分析天平精确称量。

（2）装样并充氧气：拧开氧弹盖，将盖放在专用架上，装好专用的石英小皿或不锈钢小皿，将样品放人杯中。

剪取18cm 长的引燃铁丝，在直径约3mm 的玻璃棒上，将中段绕成螺旋形约5～6圈，将螺旋部分紧贴在样片的表面上，两端如图1-2所示，固定在电极上。

用万用电表检查两电极间电阻值，一般应不大于20 。

旋紧氧弹盖，卸下进气管口的螺栓，换接上导气管接头，导气管另一端与氧气钢瓶上的减压阀连接。

关好钢瓶阀门及减压阀，拧下氧弹上导气管的螺钉，把原来的螺钉装上，用万用表检查氧弹上导电的两极是否通路，若不通，则需放出氧气，打开弹盖进行检查。

（3）测量：于热量计水夹套中装人自来水，用容量瓶准确量取2L ，低于室温1～2℃的水装人干净的铜水桶中，然后把氧弹放人铜水桶中央，装好搅拌马达，在两极上接上点火导线，装上已调好的贝克曼温度计，盖好盖子，开动搅拌器。

开始每隔一分钟读取一次温度，待温度变化基本稳定后，每隔半分钟读一次，共10个点。

读数完毕，立即按电钮点火，指示灯熄灭表示着火，继续每半分钟读一次温度读数，至温度开始下降后，再读取最后阶段的10次读数，便可停止实验。

实验停止后，小心取下温度计，取出氧弹，打开氧弹出气口慢慢放出余气，避免水滴及溶解于其中的酸被带出，缓慢地放气约需4~6min 。

旋开氧弹盖，检查样品燃烧是否完全。

氧弹中应没有明显的燃烧残渣。

若发现黑色残渣，则应重做实验。

若已燃烧完全，
可用少量蒸馏图1-1 氧弹式热量计 1．氧弹；2．铜水桶；3．搅拌器；4．胶木盖；5．贝克曼温度计；6．放大镜；7．振动器； 8．电动机；9．空气隔热层；10．水夹套。

图1-2 氧弹剖面图
水（每次10mL ）洗涤氧弹内壁三次，洗涤液悼念在150毫升锥形瓶中，煮沸片刻，以0.1
mol ·L -1NaOH 溶液滴定。

测量燃烧后剩下的铁丝长度以计算铁丝实际燃烧长度，最后擦干氧弹和盛水桶。

2．测量萘的燃烧热
称取约0.6g 萘，同上法进行测量。

五、实验注意事项
1．待测样品一定要干燥。

2．注意压片的紧实程度，太紧不易燃烧。

3．一定要将点燃铁丝紧贴在样品圆片上。

六、数据处理
1．用雷诺图解法求出苯甲酸和萘燃烧前后的温度差∆T
苯甲酸和∆T 萘。

雷诺图解法作法如下：
作温度-时间曲线，即图1-3所示。

图中A 点
相当开始燃烧之点，B 为观察到最高的温度读数点。

取A 、B 两点之间垂直于横坐标的距离的中点O 作
平行于横坐标的直线交曲线于M 点，通过M 点作垂
线ab ，然后将CA 线和DB 线外延长交ab 于F 和E
两点。

则F 点与E 点的温差，即为欲求的温度升高
值∆T 。

2．计算热量计的热容C V ，已知苯甲酸的燃烧
热为-26460J ·g -1。

体系除苯甲酸燃烧放出热量引起体系温度
升高以外，其他因素−−引燃铁丝的燃烧、棉线的
燃烧、在氧弹内N 2和O 2化合生成硝酸并溶入水中
等都会引起体系温度的变化。

因此在计算水当量及放热量时，这些因素都必须进行校正。

其校正值如下：
点火丝和棉线的校正：∑b qm
酸形成的校正：1.0mL 0.1mol ·mL -1NaOH 滴定液相当于-5.983J
因此仪器的的热容为：
⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎣⎡∆++-=∑T V qm Q m C b e V 983.5苯甲酸 式中，Q e −−苯甲酸的恒容燃烧热，J ·g -1；
m 苯甲酸−−苯甲酸的质量，g ；
∑b qm −−燃烧丝的校正值，其中m b 为丝的质量，q 为每克丝恒容燃烧热； V −−滴定洗涤液所用0.1mol ·L -1NaOH 的体积；
∆T −−经作图对温度差校正后的真正温度差。

3．求出萘的燃烧热Q V 和Q p 。

七、思考题
1．影响本实验结果的主要因素有哪些？
2．加入铜水桶中的水的水温为什么要比室温低？
3．在使用氧气钢瓶及氧气减压阀时，应注意哪些规则？
4. 文献手册的数据是标准燃烧热，本实验条件偏离标准态。

请估算由此引入的系统误差有多少？
八、参考资料
1．H.D.克罗克福特等著，赫润蓉等译。

物理化学实验。

北
京：人民教育出版社，1980．100～103。

2．复旦大学，等。

物理化学实验，第二版。

北京：高等教育出版社，1993。

3．David P. Shoemaker et. al., Experiments in Physical Chemistry, McGraw-Hill Book Company, 1994.112
4. A. Weissberger, Phyusical Methods of Organic Chemistry, V ol I. 1959, 536.
5. John M. 怀特，物理化学实验，人民教育出版社，1981。

186
6．F. D. Rossini et al., Selected V alues of Chemical Thermodynamic Properties, National Bureau of Standards. 1952
(刘欲文宋昭华)。