燃烧热的测定

实验一 燃烧热的测定

1. 摘要

弹式量热计，由M.Berthelot [1][2]于1881年率先报导，时称伯塞洛特(Berthlot bomb )氧弹。目的是测∆U 、∆H 等热力学性质。绝热量热法，1905年由Richards 提出。后由Daniels [3]等人的发展最终被采用。初时通过电加热外筒维持绝热，并使用光电池自动完成控制外套温度跟踪反应温升进程，达到绝热的目的。现代实验除了在此基础上发展绝热法外，进而用先进科技设计半自动、自动的夹套恒温式量热计，测定物质的燃烧热，配以微机处理打印结果。利用雷诺图解法或奔特公式计算热量计热交换校正值∆T 。使经典而古老的量热法焕发青春。

1mol 物质完全氧化时的反应热称为燃烧热，燃烧产物必须是稳定的终点产物CO 2（g ）和H

公式：

(2.1.1)

求水当量C J 及萘的燃烧热Q V

Q J V -样 (2.1.2)

第一次燃烧，以苯甲酸作为基准物，求水当量C J （热量计热容），单位为J ⋅K -1。第二次燃烧，测被测物质萘的恒容燃烧热Q V ，利用（2.1.1）式再求算Q p 。 两次升温值都利用雷诺校正图求∆T 值。或用奔特公式校正∆T ：

1

关键词：燃烧热 氧弹式热量计 水当量 误差传递 2. 仪器与试剂

氧弹热量计 1套 氧气钢瓶 1只 压片机 1台 容量瓶 2000mL 1个 万用表 1个 烧杯（1000mL 2000mL ） 各1只

专用燃烧丝(中间绕几圈成电炉丝状) 10~15cm

HR—15B多功能控制箱1台可与微机连接并打印输出

苯甲酸（A⋅R）1.0~1.2克萘（A⋅R）0.6~0.8克均压成片状。

经典式: 贝克曼温度计

现代式: 铂电阻＋电桥代替贝克曼温度计新式氧弹与压片机

半自动: 热敏电阻探头，数显型或微机型外夹套恒温式。

全自动式：铂电阻传感，WZR－1微电脑精密快速自动热量计，自动数据处理。

3．预习与提问

（1）什么是燃烧热？其终极产物是什么？

（2）实验测仪器常数采用什么样的办法？水当量是什么含义？

（3）氧弹式热量计测燃烧热的简单原理？主要测量误差是什么？如何求Q p？（4）为什么说高精度的燃烧热数据较之生成热数据更显得必要？

4．操作注意

准备工作：

①检验多功能控制器数显读数是否稳定。熟习压片和氧弹装样操作，量热计安装注意探头不得碰弯，温度与温差的切换功能键钮，报时及灯闪烁提示功能等。

②干燥恒重苯甲酸(0.9~1.2g)和萘(0.6~0.8g)压片，注意紧实度，分析天平称样。

③容量瓶量取3000mL水，调节水温低于室温1K。

④量取两根10厘米点火丝，中段在原珠笔蕊上绕几圈。燃烧丝缚紧使接触电阻尽可能小。氧弹充氧注意小动作缓缓旋开减压阀。

⑤氧弹内预滴10mL水，促产物凝聚成硝酸。

5．数据处理

(1) 列表环境温度：13.85℃体系水温：12.73℃

（3）计算

M 苯甲酸=122.12 M 萘=128.11

①求卡计水当量C J （J ⋅K -1）

111264147.32251000

298

31.8)21

(9.3226--⋅-=⋅-=⨯⨯---=g J mol kJ Q

1

1112222184

.43000728

.19

9.29655.026414-⋅=⨯-⨯+⨯=-∆+-

=K J C W T qb W Q C J 水水 ②求萘的恒容燃烧热

1

1

,5194517.408866

.08

9.22433222241843000--⋅-=⋅-=⨯-⨯+⨯=

mol kJ g kJ Q V 萘 ③求萘的恒压燃烧热

)(4)(10)(12222810g O H g CO g O H C +=+ ∆n= -2 Q P =Q V +∆nRT=-5194+(-2)⨯8.324⨯298/1000=-5189kJ ⋅mol -1⋅K -1

④误差估算

(2) 图象

图2.1.3 雷诺校正图

0.400-

%9.05154

5154

5189=-=∆P P Q Q (4)误差分析与结果要求

误差分析参阅前述《误差与数据处理》部分，实验要求萘的燃烧热测定误差Q P,实与文献值Q P ，标=-5153.85 kJ ⋅mol -1的误差小于3%。根据厂家提供的技术指标：仪器重复性误差小于0.2%。热容量重复性误差40J ⋅K -1。量热计热容量15000J ⋅K -1。氧弹密封性充氧3.5MPa 。

根据实验误差的分析，主要直接测量误差是温度的测量，约占3/4；称样与量水误差相当；量铁丝误差只占全部直接测量误差的1%；还有氧气中残剩氮气，在电火花和高温下生成硝酸的放热效应： 2N 2(g)+5O 2(g)+2H 2O(l)→4HNO 3(l)

可以用蒸馏水洗涤氧弹内壁后用0.1M 的NaOH 溶液滴定，每mL 相当于6J(1.43卡)。总热值与燃烧丝放热量相当。而所有直接测量误差总量不超过1%。所以实验的主要误差来自绝热条件不够引起的热辐射即热泄漏问题。理想的热量计应做到量热系统与作为环境的①外夹套水同步升温；②搅拌热的修正问题。改进后的精密弹式量热计。重复性测量误差通常能达到小于0.1%，一些与现代电子技术相关的完全自动化的热量测定仪器已经进入实验室。不过为了考虑实验原理的教学需要而有时反而更青睐半自动仪器。 6. 点评

（1）实验关键：点火成功、试样完全燃烧是实验成败关键，可以考虑以下几项技术措施：

①试样应进行磨细、烘干、干燥器恒重等前处理，潮湿样品不易燃烧且有误差。 压片紧实度：一般硬到表面有较细密的光洁度，棱角无粗粒，使能燃烧又不至于引起爆炸性燃烧残剩黑糊等状。

②点火丝与电极接触电阻要尽可能小，注意电极松动和铁丝碰杯短路问题。 ③充足氧(2MPa)并保证氧弹不漏氧，保证充分燃烧。燃烧不完全，还时常形 成灰白相间如散棉絮状。

④注意点火前才将二电极插上氧弹再按点火钮，否则因仪器未设互锁功能，极易发生（按搅拌钮或置0时）误点火，样品先已燃烧的事故。

(2) 氧弹内预滴几滴水，使氧弹为水汽饱和，燃烧后气态水易凝结为液态水。

试样在氧弹中燃烧产生的压力可达14MPa ，长期使用，可能引起弹壁的腐蚀，减少其强度。故氧弹应定期进行20MPa 水压检查，每年一次。