实验一燃烧热焓的测定

实验一燃烧热（焓）的测定

一、实验目的：

1、了解氧弹量热法的实验原理，掌握燃烧焓的测量技术。

2、学会雷诺校正图的校正方法，掌握Qp与Qv的关系。

3、分析产生误差的原因

二、实验原理：

燃烧焓是热化学中重要的基本数据，它是指单位物质的量的物质与氧气完全燃烧生成规定的燃烧产物时的反应焓（变）。所谓规定的燃烧产物是指C变成CO2（气）、H变成H2O（液）、S变成SO2（气）、N变成N2（气）、Cl变成HCl水溶液等。例如，甲烷在298K时的标准摩尔燃烧焓为：

CH4（g）+2O2（g）→ CO2（g）+2H2O(l)= -890.31kJ·mol-1

对于燃烧焓的测定来源于量热实验，所依据的是热力学公式：

(推导)

是反应在恒压条件下测量的恒压热。对于燃烧反应，实验要在恒容容器中进行，所测量的是反应的恒容热。由于和的测量条件不同，需按下式进行换算：

(推导)

式中为气体产物与气体反应物的物质的量之差，R为摩尔气体常数，T为反应的热力学温度。

本实验是利用量热计来测定萘（C10H8）的燃烧热，所测得的是恒容热。量热计测量的原理是将一定量的待测物质在氧弹中完全燃烧，燃烧时放出的热量使量热计的温度升高，通过测量燃烧反应前后此温度的变化值，就可以计算出该样品的。其计算式为：

式中m为待测物质的质量，为待测物质的恒容热，为点火丝的恒容热（本实验使用的是镍铬合金

丝，其=3240 J·g-1）；为点火丝的质量；为样品燃烧前后量热计温度的变化值；C为量热计的热容量，它是指量热计（包括量热计中的水）温度

升高单位温度时所吸收的热量。通常用已知的物质标定量热计热容量C，一般采用高纯度的苯甲酸作为标准物质（其恒容热=26460J·g-1）。当已知量热计热容量C之后，就可以利用上式通过实验测定其它物质的恒容热。

燃烧过程中量热计温度随时间变化的曲线如下图中的曲线abcd所示。其中ab段表示实验前期，b点相当于开始燃烧之点；bc段相当于燃烧反应期；cd段则为后期。由于量热计与周围环境之间有热量交换，所以曲线ab和cd常常发生倾斜，在量热实验中所测得的温度变化值，可以按如下方法确定（雷诺温差校正法）：取b点所对应的温度，c点所对应

的温度，其平均温度为；经过T点作横坐标的平行线T O与曲线abcd相交于O 点；然后通过O点作垂线AB，该垂线与ab线和cd线的延长线分别交于E、F两点，则E、F 两点所表示的温度差即为所求的燃烧前后温度的变化值。图中EE＇表示由环境辐射进来的热量所造成的温度升高，这部分是必须扣除的；而FF＇表示因量热计向环境辐射出去的热量所造成的温度降低，这部分是必须加上的。经过上述温度校正所得的温度差EF表示了由于样品燃烧使量热计温度升高的数值。

绝热较差时温差校正图

如果燃烧前量热计的水温稍低或量热计绝热性能较好，则反应后期的温度升高，在这种情况下的仍然按着上述方法进行校正。

三、仪器与试剂；

量热计示意图

1. 恒温夹套；

2. 档板；

3. 盛水桶；

4. 贝克曼温度计；

5. 氧弹

氧弹式量热计1台（图）万用电表1个（图）

氧气瓶及减压阀1个（图）量筒（1000mL）1个

压片机1个（图）点火丝

镊子1把苯甲酸（A.R.）

萘（A.R.）

四、实验步骤：

1、阅读“实验技术与仪器”中的“热化学测量技术”。

2、量热计热容量C（水当量）的测定

（1）样品压片。擦净压片钢模模具，用台秤称取约0.6-0.8g苯甲酸倒入钢模内，旋转压片机螺杆，将样品压成片状，取出样品并除去其表面碎屑，放入已知质量的坩埚内称准样品（必须精确到0.2 mg）。

（2）安装点火丝。将氧弹内壁擦干净，特别是要擦净点火丝的两接线柱。取上述已称量过的苯甲酸片放入氧弹的坩埚中。再取一根约15 cm长的点火丝准确称量后，接在氧弹的接线柱上，旋紧氧弹盖，用万用表检查两电极是否通路，若通路则可进行下一步实验。

（3）氧弹充氧。将充氧用的导管一端拧紧于氧弹进气孔针形阀上，另一端连接于氧气钢瓶减压阀，用手拧开针形阀，再缓慢开启氧气瓶减压阀的阀门，以保证氧气缓慢流入氧弹。

氧气压力一般为3 MPa即可，达到所需压力后应保持30 s，关闭阀门，用手拧紧进气孔针形阀。

（4）将盛水桶从量热计中取出，擦净水，用量筒准确量取3000 mL蒸馏水倒入盛水桶内，将盛水桶放入外筒的绝热支架上，注意放置要稳固。将氧弹放在内筒的固定座上，然后接上点火电极插头，盖上筒盖，开动搅拌器开关，待温度平稳缓慢上升一段时间后，开始点火，计算机记录实验曲线，待温度变化很小，近乎一条直线时，停止记录。实验停止后，打开氧弹出气口，放出余气。最后旋开氧弹盖，检查样品燃烧的情况。若氧弹中没有未燃尽的剩余物，表示燃烧完全；反之，则表示燃烧不完全，实验失败。取出燃烧后剩余的点火丝称重，从点火丝质量中减去。

3、萘的燃烧焓测定

称取0.5g左右的萘，按上述操作步骤测定萘燃烧过程的温度变化。

将萘的燃烧焓换算成。若将此近似看作是，计算萘的标准摩尔生成焓。已知CO2（g）的=-393.5 kJ·mol-1，H2O（l）的=-285.84 kJ·mol-1。

[实验关键提示]

本实验的关键是样品能否燃烧（尤其是萘）。为确保点火成功，应注意下面几点：

（1）点火丝与电极接线柱的连接要牢固，点火丝的两头切勿与氧弹的内壁及坩埚接触，点火丝中间下凹的最低处与样品之间的距离以0.5厘米左右为宜。

（2）压片时不要用力过大。因为样品太硬不易被引燃，样品压片的硬度应以用手稍用力即可破碎为宜。另外，平时样品应保存于干燥器中，如果样品受潮则不易燃烧且使称量有误。

（3）为确保点火的成功率，也可在样品片上加一小条已知燃烧焓的棉线，或考虑使用两根点火丝。另外，氧弹的充氧量应确保在3 MPa左右。从安全方面考虑，氧气钢瓶的使用要在教师的指导下进行。

此外，为避免人为因素造成的实验误差，在苯甲酸和萘的两次测定中，量筒的取水量应尽量保持一致。外筒水温应尽量接近室温，燃烧后内筒水温应比外筒水温高出0.7～1 K左右。以便使燃烧终点时内筒水温出现明显的下降。

[讨论]