物理化学物理化学实验一燃烧热的测定

实验一燃烧热的测定

一、实验目的及要求

1 •用氧弹量热计测定萘的燃烧热，明确燃烧热的定义，了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别与相互关系。

2. 了解氧弹量热计的原理、构造及其使用方法，掌握有关热化学实验的一般知识和测量技术。

。掌握用雷诺图解法校正温度的改变值 3.

二、实验原理

燃烧热是指一摩尔物质完全燃烧时的热效应。所谓“完全燃烧”，是指有机物质中的碳：燃烧

生成气态二氧化碳、氢燃烧生成液态水等。例如：萘的完全燃烧方程式为

CH(s)+12O(g)=10CO(g)+4HO⑴

282210燃烧热测定可在恒容或恒压条件下进行。由热力学第一定律可知：在不做非膨胀功情况下，

恒容燃烧热Q = △ U,恒压燃烧热Q = △ H。在氧弹式量热计中测得燃烧热为Q,而vvp 一般热化

学计算用的值为Q，这两者可通过下式进行换算：P1) ( △ nRT + Q = Q V P式中△ n为反应前后生成物和反应物中气体的物质的量的差值；R为摩尔气体常数；T为

反应温度(K )。

在盛有定量水的容器中，放入内装有一定量的样品和氧气的密闭氧弹，然后是样品完全燃

烧，放岀的热量传给水及仪器，引起温度上升。若已知水量为W克，水的比热为C,仪o C所需

的热量)。而燃烧前、后的温度为t和t o则m克物器的水当量W(量热计每升高1n0质的燃烧热

为：

2) ( t') ( t) + Q ' = (CWW n0若水的比热为1 (C = 1),

摩尔质量为M的物质，其摩尔燃烧热为：

m3) ( t ') (t ) WW =

Q ( + n0—M水当量W的求法是用已知燃烧热的物质(如本实验用苯

甲酸)放在量热计中燃烧，测W3) )WW。一般因每次的水量相同，W其始、末温度，按

式()求'(+ '可作为一个定值(I m— W4)( =

来处理。故Q (t) ( t) n0_ M在精确的实验中，辐射热及铁丝燃烧所放岀的热量

及温度计本身的校正都应该考虑。另外，若供燃烧用的氧气中含有氮气时，则在燃烧过程中，氮气氧化成硝酸而放岀热量亦不能略去。

实验过程中，量热系统的温度随时间而变化，因此量热系统和恒温的环境之间不可避免地存在相

互热辐射，对量热系统的温度变化值产生影响，这可以用雷诺图解法予以校正，即根据不同时间

t测得量热系统的温度e的数据，作温度一时间曲线CABD，如图1 (a)所示，曲线中A点为开

始燃烧时量热系统的温度，B点为燃烧结束后测得的量热系统最高温度，然后在温度轴上找岀对

应于夹套水温的点e, 通过e作时间轴的平行线，交CABD MM于M点，通过M点作时间轴的垂

线，再通过A、B两点分别作CA、BD的切线交垂线于F、E两点，则由E、F两点所表示的温度之差值，即为燃烧反应前、后经校正的量热系统温/表示在量热系统的温度从A点上升至MFF

点这段时间△ t内，由于环境辐度变化值^e。I /表示在量射和搅拌等引进能量而造成量热系统

温度的升高，这部分是必须扣除的；而EE热系统的温度从M点升至B点这段时间△ t内，由于

量热系统辐射热量给环境而造成量热2系统温度的降低，这部分是必须加上的。故用E、F两点所表示的温度之差值来表示量热系统的温度变化值^e是比较合理的。

）绝热良好b ）绝热较差（a

拌器的功率偏大不断引进少许热量，使得燃烧后量 2

热系统的温度最高点不岀现，如图 1 （b ）所示，这种情况下的AB 仍可按上法进行校正 三、仪器与药

品

GR3500氧弹量热计1套；氧气钢瓶（附氧气表）；数字式精密温差测量仪 1台；压片机2台;

万用电表1只；电吹风1个；小镊子1把；容量瓶1个。 苯甲酸（标准量热物质）；萘（A.R.）。 四、实验步骤

1 •将量热计及其全部附件加以整理并洗净。 2. 苯甲酸的压片，装置氧弹

氧弹详细构造如图 2所示。旋下弹帽，置于弹头座（见图3） 上,取岀燃烧皿9,用蒸馏水洗净， 吹干并准确称重至 0.1mg ，仍置于弹帽的燃烧皿支架 6上。从压片机（图 4）上取下压模，用蒸

（有时量热计的绝热情况良好，而搅

温度校正图图1

馏水洗净、吹干

弹头座图3 图2氧弹

—充气管（兼作电极）；一1电极；2—充气阀门；3

燃烧皿支架；一燃烧挡板；6—5 4—放气阀门；燃烧皿9弹体；一8—弹帽；一7

，将压）已干燥的苯甲酸，倒入压模中（压模下有一垫块）1g0.8g用台天平称取约（不超过模

置于压片机上，向下转动旋柄，徐徐加压试样使其成为片状（注意：压力必须适中。若压片太紧，不易燃烧；压片太松，又易炸裂残失，使燃烧不能完全，此步骤为本实验成功的关3

键之一），然后向上转动旋柄，抽出模底托板及压模下的垫块，在压模下置一张洁净的纸片，再向下转动旋柄，将压片从压模中压岀，除去压片表面碎屑，将其放入燃烧皿中，再次准确称重至

O.lmg

圈）的镍丝，把镍丝中间绕成小圈状 （4-5将燃烧皿置于支架上。 截取一段长约 20 cm 、的下端，

小圈与压片表面紧密接触（注意：电极

31、3，并将镍丝两头分别紧绕在电极，用万用电表检查

两电8。最后将弹帽放在弹体 7上，旋紧弹帽镍丝都不能和燃烧皿相碰）

极是否通路，若通路

则可充氧气。 充氧气.3 （逆与氧气减压器出口接通；先旋松，旋紧氧弹放气阀门 4用紫铜管

将氧弹充气阀门2时针旋转）减压器手柄，再松开（逆时针旋转）钢瓶的总阀门，此时总压表指 针示值即为

氧。缓缓旋紧减压器（顺时针

MPalO 气钢瓶中氧气的压力，本实验要求钢瓶中氧气

压力大于，使氧气徐徐进入氧弹内，此时，分压表指针示值即为充入氧弹内氧气的压力值。 开旋

转），然后旋紧（顺时针旋转）钢瓶的总阀门，再松开氧弹放气左右）

0.5 Mpa 始充少量氧气（。

阀门，借以赶岀弹中空气，如此重复一次，以保证驱进弹中空气。最后充氧至 1.5 -2 MPa 后，由

分压表指针是否下降来检查氧弹是否漏气。若指针未下降 3-5min 旋紧钢瓶总阀门，将紫铜管与 氧弹充气阀门联结的一端拆下。由，则表明氧弹不漏气，

即可旋松减压器手柄， 然后再旋松减压

放掉余气，于总阀门与减压器之间尚有余气，因此要再次旋紧减压器手柄，

4

器手柄，使钢瓶与减压器手柄恢复原状。充好氧气后，再用万用表检查两电极是否通路，若 通路，则将氧弹放入量热计的内桶

。整个氧弹式量热计的结构，参见图

5。

—3模底托板压模；2—旋柄;

压片机

1 —

图4