燃烧热的测定

实验五燃烧热的测定

【目的要求】

∙掌握有关热化学实验的一般知识和技术

∙掌握氧弹的构造及使用方法

∙用氧弹式量热计测定萘的燃烧焓

预习要求：

1.明确燃烧焓的定义。

2.了解氧弹式量热计的基本原理和使用方法。

3.熟悉热敏电阻温度计的调节和使用。

4.了解氧气钢瓶和减压阀的使用方法。

【基本原理】

当产物的温度与反应物的温度相同，在反应过程中只做体积功而不做其它功时，化学反应吸收或放出的热量，称为此过程的热效应，通常亦称为“反应热”。热化学中定义:在指定温度和压力下，一摩尔物质完全燃烧成指定产物的焓变，称为该物质在此温度下的摩尔燃烧焓，记作ΔcHm。通常，C、H等元素的燃烧产物分别为CO2(g)、H2O(l)等。由于上述条件下ΔH=Qp，因此ΔCHm 也就是该物质燃烧反应的等压热效应Qp。

在实际测量中，燃烧反应常在恒容条件下进行(如在弹式量热计中进行)，这样直接测得的是反应的恒容热效应Qv（即燃烧反应的摩尔燃烧内能变ΔcUm）。若反应系统中的气体物质均可视为理想气体，根据热力学推导，ΔcHm和ΔcUm的关系为:

（１）

式中，T为反应温度(K);ΔcHm为摩尔燃烧焓(J·mol-1);ΔcUm为摩尔燃烧内能变(J·mol-1)；ＶB(g)为燃烧反应方程中各气体物质的化学计量数。产物取正值，反应物取负值。

通过实验测得QV值，根据上式就可计算出Qp，即燃烧焓的值ΔCHm。测量热效应的仪器称作量热计，量热计的种类很多，本实验是用氧弹式量热计进行萘的燃烧焓的测定。

在适当的条件下，许多有机物都能迅速而完全地进行氧化反应，这就为准确测定它们的燃烧热创造了有利条件。

为了使被测物质能迅速而完全地燃烧，就需要有强有力的氧化剂。在实验中经常使用压力为16--18atm的氧气作为氧化剂。用氧弹量热计进行实验时，氧弹放置在装有一定量水的铜水桶中，水桶外是空气隔热层，再外面是温度恒定的水夹套。样品在体积固定的氧弹中燃烧放出的热Qv、引火丝燃烧放出的热和由氧气中微量的氮气氧化成硝酸的生成热，大部分被水桶中的水吸收；另一部分则被氧弹,水桶、搅拌器及温度计等所吸收。在量热计与环境没有热交换的情况下，可以写出如下的热量平衡公式：

- Qv.m - q.b + 5.98c = W.h.Δt + C总. Δt （1）

式中：Qv：被测物质的定容燃烧热（J .g-1 ）； m：被测物质的质量（g）；q：引火丝的燃烧热（J .g-1 ）；b:烧掉了的引火丝质量（g）；5.98 :硝酸生成热为-59800 J .mol-1 ，当用0.100N NaOH来滴定生成的硝酸时，每毫升碱相当于-5.98 J ；c

滴定生成的硝酸时，耗用0.100NNaOH毫升数；W:水桶中的水的质量（g）；h :水的比热（J .g-1.℃-1）；C总氧弹、水桶等的总热容( J.℃-1 ); Δt为与环境无热交换时的真实温差。

如在实验时保持水桶中水量一定，把（1）式右端常数合并得到下式：

- Qv.m - q.b + 5.98c = k Δt (2)

式中：k = ( W.h + C总) J.℃-1，称为量热计热容（热量计的水当量）。

实际上，氧弹式热量计不是严格的绝热系统，加之由于传热速度的限制，燃烧后由最低温度达最高温度需一定的时间，在这段时间里系统与环境难免发生热交换，因而从温度计上读得的温差就不是真实的温差。为此，必须对读得的温差进行校正。

从（2）式可知，要测得样品的Qv 必须知道仪器的水当量K。测量的方法是以一定量的已知燃烧热的标准物质（常用苯甲酸，其燃烧热以标准试剂瓶上所标明的数值为准）在相同的条件下进行实验，由标准物质测定仪器的水当量K，再测定样品的Qv，从而计算相应的Qp。

【仪器和试剂】

绝热式氧弹量热计1套; 氧气钢瓶1只; 氧气表1只; 压片机1套; 万用电表1只; 台称1只; 分析天平1台; 三角烧瓶(250mL)2只; 滴定管(碱式)1只; 容量瓶(2000mL、250mL)各1只; 活搬手1只;不锈钢镊子1只。

苯甲酸; 萘; 燃烧丝; 棉线; NaOH溶液(0.1000mol·dm-3); 酚酞。

【实验步骤】

1、熟悉量热计

2、量热计热容测定

（1）装样：苯甲酸样品0.6~0.8g（台称），点火丝~15cm(别太长，准确称量)，热值为：1400J/g。压片，挂于两电极上。

（2）充氧：压力为16~18atm。

（3）安装量热计：加自来水2500mL——接点火线——合盖——安装热敏温度计——接通各电源（各开关处于关）——开搅拌器

（4）测量：温度稳定——调整定时为半分钟——读数10分钟——点火（按一下即可）——记录温度，温度平稳上升后再读10分钟。

（5）结束工作：取出未燃烧完的点火线，准确称量（原来质量减去留下的即为燃烧的点火线量）。取氧弹里的水进行滴定。

3、待测样品燃烧热测定（以萘取代苯甲酸，操作步骤同上）

【数据记录与处理】

1、作雷诺校正图

2、计算量热计和介质水的热容

3、计算萘的定容燃烧热及定压燃烧热，并与文献值比较。

【思考与讨论】

1. 在使用氧气钢瓶及氧气减压阀，应注意哪些规则？

2. 写出萘燃烧过程的反应方程式。如何根据实验测得的Qv 求出Qp？

3. 用电解水制得的氧气进行实验可以吗？何故？

4. 测得非挥发性可燃液体的热值时，能否直接放在氧弹中的石英杯（或不锈钢杯）里测定？【注意事项】

1、未取出温感器，不得开盖

2、点火线安装时不能碰壁

3、压片时不可太松

4、点火开关只按一次即可

5、先调节好读数记时时间为30秒，再开始读数

6、充氧时注意操作，手上不可附有油腻物。