燃烧热的测定

内容提要：本实验利用氧弹式热量计，以苯甲酸为标准

物，测量物质燃烧时系统温度随时间的变化曲线，经过雷

诺校正和相关计算，得到16.3℃，102.20 kPa下，热量计

的水当量为(1.87±0.07)×103 J∙K−1，进而得到蔗糖的

燃烧热为(−16.4±0.1) kJ∙g−1，与文献值比较误差为-

0.6 %。对实验的讨论给出了可能引起误差的原因，并说明

了雷诺校正的原理及意义。

1 引言（略）

2 实验部分

2.1 仪器和药品

GR 3500Ⅱ型氧弹式热量计，氧气钢瓶，压片机，SWC-Ⅱ D型温差测量仪，RF-K1型控制箱，数字万用表，秒表，分析天平（万分之一），电子天平（百分之一），研钵，容量瓶（1000 mL，2000 mL）。

镍丝，棉线，苯甲酸（分析纯），蔗糖（分析纯）。

2.2实验步骤

2.2.1 水当量的测量

取一段镍丝，称量其质量m1，紧缠于氧弹两电极上。取一段棉线，称量其质量m2。称取约1.0 g研磨过的苯甲酸，用专用压片机压片。用棉线绑住压片，称量总质量m3后置于燃烧皿中，棉线两端缠绕在镍丝上。

旋紧氧弹盖，充入约1 MPa氧气，随即放气。重复三次，最后充入1.0 MPa氧气。用数字万用表测得两电极间的电阻为12~15 Ω，符合要求。将氧弹放入热量器中。

从实验室中的水箱内取3000.0 mL水加入热量器内筒，关上热量器盖，插入温差测量仪探头，启动控制箱开始搅拌。待水温稳定上升后，将温差测量仪采零，开始计时，每隔30 s记录一次温差。10 min后点火，每15 s记录一次温差。待温差基本保持不变后停止计时。

停止搅拌，取出温差测量仪探头，打开盖子，取出氧弹，泄去废气，打开氧弹，取出剩余镍丝并称量其质量m4。

2.2.2 蔗糖燃烧热的测量

擦干氧弹内外壁和热量器内筒，清理燃烧皿中的残渣。用 2.2.1所述方法测量蔗糖的温差-时间变化曲线，进而计算燃烧热。

3 数据处理

3.1 实验数据

实验过程中的温度和大气压见封面。两种物质的各质量测定数据见表1。

表1 质量测定数据

样品初始镍丝质量剩余镍丝质量燃烧镍丝质量棉线质量样品及棉线总质量样品质量

- 0.0169 1.0482 1.0313

分析天平的精度为0.0001 g，即σm

1=σm

2

=σm

3=

σm

4

=0.0001 g，则σm

=

σG=0.0002 g。

两种物质燃烧前后的温差-时间数据见表2、表3。

表2 苯甲酸温差-时间数据

时间t/s 温差∆T/K 时间t/s 温差∆T/K 时间t/s 温差∆T/K

0 0.000 615 0.038 930 2.046

30 0.002 630 0.170 945 2.056

60 0.002 645 0.404 960 2.064

90 0.003 660 0.703 990 2.078

120 0.003 675 0.949 1020 2.090

150 0.005 690 1.204 1050 2.102

180 0.006 705 1.414 1080 2.109

210 0.007 720 1.558 1110 2.112

240 0.007 735 1.663 1140 2.114

270 0.008 750 1.745 1170 2.118

300 0.009 765 1.795 1200 2.124

330 0.010 780 1.844 1230 2.126

360 0.010 795 1.879 1260 2.127

390 0.012 810 1.909 1290 2.129

420 0.013 825 1.938 1320 2.129

450 0.014 840 1.959 1350 2.130

480 0.015 855 1.979 1380 2.130

510 0.016 870 1.996 1410 2.130

540 0.016 885 2.013 1440 2.131

570 0.018 900 2.024 1470 2.131 600†0.018 915 2.036 1500 2.131

表3 蔗糖温差-时间数据

时间t/s 温差∆T/K 时间t/s 温差∆T/K 时间t/s 温差∆T/K

0 0.001 615 0.039 960 1.226 *燃烧结束后取出氧弹，燃烧皿内壁和剩余镍丝上附着有黑色光亮小球，与剩余镍丝一同称量得此数据，相关处理和讨论见3.4、4.3。

30 0.007 630 0.202 990 1.234 60 0.011 645 0.443 1020 1.240 90 0.014 660 0.633 1050 1.246 120 0.017 675 0.758 1080 1.250 150 0.020 690 0.873 1110 1.252 180 0.021 705 0.949 1140 1.254 210 0.022 720 1.001 1170 1.257 240 0.023 735 1.039 1200 1.260 270 0.024 750 1.074 1230 1.261 300 0.026 765 1.090 1260 1.261 330 0.027 780 1.110 1290 1.263 360 0.027 795 1.128 1320 1.263 390 0.027 810 1.146 1350 1.264 420 0.028 825 1.159 1380 1.265 450 0.029 840 1.171 1410 1.265 480 0.031 855 1.179 1440 1.264 510 0.031 870 1.188 1470 1.265 540 0.031 885 1.197 1500 1.264 570 0.031 900 1.204 600* 0.032 930 1.217

3.2 雷诺校正

3.2.1 苯甲酸

根据点火时间和温差变化情况，选取燃烧前和燃烧后的两个平台区时间范围为0~600 s 和1080 s~1500 s ，分别做线性拟合，回归方程为：

∆T i =(3.01±0.06)×10−5t +(2.12±2.05)×10−4 r 2=0.99

∆T f =(5.0±0.7)×10−5t +(2.059±0.009) r 2=0.79

利用Origin 9.0的Integrate 功能直接对∆T-t 曲线从t i = 600 s 积分到t f = 1080 s ，其结果为S =∫∆T dt t

f t i

=796.14。

根据雷诺校正的原理，应当找到时间t 0（t i

∫(∆T −∆T i )dt t 0

t i

=∫(∆T f −∆T)dt t f

t 0

上式化简为：

S =∫∆T dt t f

t i

=∫∆T f dt t f

t 0

+∫∆T i dt

t 0

t i

=12(k i −k f )t 02

+(b i −b f )t 0−12

(k i t i 2−k f t f 2)−(b i t i −b f t f ) 其中k i 、k f 、b i 、b f 分别为两回归方程的斜率和截距。此式为t 0的一元二次方程，其可行解为：

t 0=702.49 s