燃烧焓的测定实验原理[实验二燃烧焓的测定]

燃烧焓的测定实验原理[实验二燃烧焓的测定]

实验二燃烧焓的测定

一、目的要求

1.学会用氧弹热量计测定萘的燃烧焓。

2.了解氧弹热量计的原理、构造及使用方法。

3.进一步明确恒容燃烧焓与恒压燃烧焓之间的区别和联系。

4.学会雷诺图解法，校正温度改变值。

二、实验原理

1.摩尔物质完全氧化时产生的焓称为燃烧焓。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)，金属如银等都成为游离状态。

通常测定物质的燃烧焓，是用氧弹热量计，样品完全燃烧所释放的能量使得氧弹本身及其周围的介质和热量计有关的附近的温度升高，但整个量热计(连同样品、助燃物、水、气、弹体、搅拌物等)可以看作是等容绝热系统，其热力学能变△U＝0。△U由4个部分组成：样品在氧弹中等容燃烧产生的△U1，引燃物质燃烧产生的

△U2，微量氮气氧化形成硝酸的能变△U3(极少，可忽略)，量热计自身的能变△U4。于是△U＝△U1＋△U2＋△U3＋△U4＝0，该式还可写成如下更实用的式子，即W样Qv/M+(l·Q镍丝+mQ棉纱)+0+(W 水C水+C计)△T(1)

测量介质在燃烧前后温度的变化值，就可计算出该样品的恒容燃烧焓。一般燃烧焓是指恒压燃烧焓Qp,Qp值可由算得

Qp=△H=△U1+p·△V=Qv+p·△V对理想气体而言，

Qp=Qv+△n·R·T

这样，测得QV后，再由反应前后气态物质的量的变化，就可算

出恒压燃烧焓Qp为了保证样品完全燃烧，氧弹中充以25~30大气压

的氧气作为氧化剂。

氧弹放置在装有2000ml水的不锈钢水桶中，水桶外是空气隔热层，再外面是温度恒定的水夹套，样品在氧弹中进行燃烧(见图2－

2和2－3)。

但是，要使体系完全绝热还无法办到，环境和体系间总会有一定的热交换，因此，实测的温度变化值与恒容完全绝热体系的温度变

化△T存在偏差，必须加以校正。

可采用雷诺作图法校正温度变化值，将实验测量的体系温度与时间数据作图，得曲线CAMBD，见图2－1(a)，在样品燃烧之前，由于

体系被搅动做功和微弱吸热(环境比体系温度高)体系温度随时间微

弱升高，见CA线段，A点为样品点火时体系的温度，点火时，样品

燃烧放出的热量使体系温度升高，达到最高点B，见AB线段，随后

由于体系微弱放热(此时体系比环境温度高)，温度随时间微弱下降，见线段BD。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线于E和F两点。则F点与E点的温差．即为

校正后的温度升高值△T。

图2－1(a)绝热较差时的雷诺图图2－1(b)绝热良好时的雷诺图

有时量热计绝热情况良好，热漏小，但由于搅拌不断引进少量能量，使燃烧后最高点不出现，如图图2－1(b)所示，这时仍可按相

同原理校正。

三、仪器和试剂

氧弹热量计1台套；氧气钢瓶1个(附减压阀和充气皿)；苯甲酸(标准物质)；萘；2000ml容量瓶；引燃镍丝；压片机；剪刀。

四、实验步骤

1.热量计水当量的测定

每套量热计的热容不一样，需用定量的、已知燃烧热的标准物质完全燃烧来测定，一般用苯甲酸。仪器的热容常用水当量表示。所

谓水当量，就是除水之外，热量计升高1℃所需的热量，相当于吸

收同样热量用水的质量表示仪器的热容。例如，使仪器升高1℃，

需热1903J,则该仪器的水当量为1903J/K。

(1)压片：先用一张专用纸在小台秤上粗称已烘好的苯甲酸1克

左右，倒入压片机的成型孔中，用压片机按压、掉头翻挤出圆片。

将苯甲酸圆片在干净的玻璃板或专用纸上轻击二、三次，以脱落掉

粉尘，再用分析天平精确称量至0.0001克。

(2)装样、接装点火丝：

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，将垫有一小条单层脱酯棉纱的样品放入杯中。

剪取一段9～12cm长的引燃镍丝(点火电流大点火丝就要求长些，点火电流小点火丝就需短些)，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品的表面上，绕接固定在

电极上(有的氧弹罐是用挂接柱代替电极)，两端如图2－2所示。绕

接时除两端接触外，其余部分不能碰不锈钢体，否则通电易短路。

再用那棉纱条适当包裹一下(棉纱既可助燃也可以作为绝缘物杜绝短路)，用万用电表检查两电极间电阻值，一般应不大于25Ω。旋紧

氧弹盖。

图2－2氧弹构造图

(3)充氧气：先调氧气钢瓶输出阀的压力(已由老师调好)，将充

氧皿气头按进氧弹罐的进气柱上，再试提一下是否紧凑，如牢固，

旋开充氧旋钮充氧，在2.8～3.0MPa之间停顿10秒钟即充好了氧。

注意充氧时左手扶氧弹罐，右手扶充氧皿。关闭充氧旋钮，取下冲

氧皿。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。(4)灌水试温、调温：往热量计水夹套

中装自来水(一般里面已装有陈水)，用容量瓶准确量取2000ml低于

外桶水温1.0～1.4℃的水(一般取自来水，高了就加冰调，加入的

冰的质量要算进2000克的水中)，装入干净的不锈钢内桶中，然后

把氧弹罐放入该内桶中央，装好搅拌马达，在两极的外接柱上插上

点火导线头，方法是红柱头插在第二大的外接柱上(阳极)，黑柱头

插在第一大的外接柱上(即刚才冲过氧的柱头)。认清方位盖好盖子，插好贝克曼温度计的感温探头。

图2－3氧弹式量热计外形示意图

(5)测量读数: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，再开始测内桶初期温度十个值，每隔1分钟读

一次；在第十个值读数刚刚完毕之际，立即按住点火键且另一只手

迅速将电流旋钮从最小处旋至次大或最大处--时间为1～2秒，不要

太快，然后松开手(指示灯熄灭表示着火)，马上按下时间转换读数键，改为每半分钟读一次，测读主期温度20～24个值(这20来个值

读完后温度可能会掉头下降，也可能不降)；最后再转换读数时间测

末期温度，读十个值，每分钟一次。而后停止实验。本步骤可使用

温差读数记录软件用微机读数。

停止实验的顺序是，先关搅拌，再关电源，取外层木胶盖，从内桶中将感温探头取出放入外桶，取出氧弹罐，用特用扳手旋松最小

的那个柱放出气体，然后拧紧。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。测量燃烧后

剩下的镍丝长度以计算镍丝实际燃烧长度，最后擦干氧弹罐和内不

锈钢水桶，当然也可用吹风机吹干氧弹罐。

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，过紧不易燃烧。

3．一定要将点燃镍丝的中间螺旋段紧贴在样品圆片上，并用棉

纱轻轻裹一下。

六、数据处理