实验二燃烧热的测定

实验二燃烧热的测定

一、实验目的

1．通过萘的燃烧热测定，了解燃烧热实验装置各主要部件的作用，掌握燃烧热的测定技术。

2．了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别及相互关系。

3．学会应用图解法校正温度改变值。

二、基本原理

燃烧热是指1摩尔物质完全燃烧时所放出的热量。在恒容条件下测得的燃烧热称为恒容燃烧热（Q V），恒容燃烧热等于这个过程的内能变化Δ（U）。在恒压条件下测得的燃烧热称为恒压燃烧热（Q P）恒压燃烧热等于这个过程的热焓变化（ΔH）若把参加反应的气体和反应生成的气体作为理想气体处理，则有下列关系式：

Q P= Q V+ΔnRT (1)

式中：Δn为产物与反应物中气体物质的量之差；R为气体常数；T为反应的热力学温度。若测得某物质恒容燃烧热或恒压燃烧热中的任何一个，就可根据式(1)计算另一个数据。必须指出，化学反应的热效应(包括燃烧热)通常是用恒压热效应（ΔH）来表示的。

测量化学反应热的仪器称为量热计（卡计）。本实验采用氧弹式量热计测量萘的燃烧热，氧弹卡计的示意图为图2-l。由于用氧弹卡计测定物质的燃烧热是在恒容条件下进行的，所

图2-1 图2-2

⒈搅拌棒⒉外筒⒊内筒⒋垫脚⒌氧弹

⒍传感器⒎点火按键⒏电源开关⒐搅拌开关⒑点火输出负极

⒒点火输出正极⒓搅拌指示灯⒔电源指示灯⒕点火指示灯

以测得的为恒容燃烧热（Q V ）。测量的基本原理是将一定量待测物质样品在氧弹中完全燃烧，燃烧时放出的热量使卡计本身及氧弹周围介质（本实验用水）的温度升高。通过测定燃烧前后卡计包括氧弹周围介质）温度的变化值，就可以求算出该样品的燃烧热。其关系式如下：

m Q W

Q M T m

V r 点火丝点火丝卡·-∆= （2）

式中：m 为待测物质的质量(g)；M r 为待测物质的相对分子质量。Q V 为待测物质的摩尔燃烧热；Q 点火丝为点火丝的燃烧热（如果点火丝用镍丝，则Q 点火丝= 3.245kJ ·g -1）；m 点火丝为点火丝的质量；ΔT 为样品燃烧前后量热计温度的变化值；W 卡为量热计（包括量热计中的水）的水当量，它表示量热计（包括介质）每升高一度所需要吸收的热量，量热计的水当量可以通过已知燃烧热的标准物（如苯甲酸，它的恒容燃烧热Q V =26．460kJ ·g -1）来标定。已知量热计的水当量以后，就可以利用（2）式通过实验测定其他物质的燃烧热。

氧弹是一个特制的不锈钢容器（如图2-2）。为了保证样品在其中完全燃烧，氧弹中应充以高压氧气或者其他氧化剂），因此，要求氧弹密封、耐高压、抗腐蚀。测定粉末样品时必须将样品压成片状，以免充气时冲散样品或者在燃烧时飞散开来，造成实验误差。本实验成功的首要关键是样品必须完全燃烧。其次，还必须使燃烧后放出的热量尽可能全部传递给量热计本身和其中盛放的水，而几乎不与周围环境发生热交换。为了做到这一点，量热计在设计制造上采取了几项措施，例如在量热计外面设置一个套壳，此套壳有些是恒温的，有些是绝热的，因此量热计又可分为外壳恒温量热计和绝热量热计两种。本实验采用外壳恒温量热计，另外，量热计壁高度抛光，这是为了减少热辐射。量热计和套壳间设置一层挡屏，以减少空气的对流。但是，热量的散失仍然无法完全避免，这可以是由于环境向量热计辐射进热量而使其温度升高，也可以是由于量热计向环境辐射出热量而使量热计的温度降低。因此燃烧前后温度的变化值不能直接准确测量，而必须经过作图法进行校正，校正的方法如下。

当适量待测物质燃烧后使卡计中的水温升高1.5～2.0度。将燃烧前后历次观测到的水温记录下来，并作图，联成abed 线（图2-3）。图中b 点相当于开始燃烧之点，c 点为观测到的最高温度读数点，由于量热计和外界的热量交换，曲线的ab 及cd 常常发生倾斜。取b 点所对应的温度 T 1，C 点对应的温度 T 2，其平均温度（T 1＋T 2）／2为 T ，经过 T 点作横坐标的平行线TO ，与折线abcd 相交于O 点，然后过O 点作垂直线AB ，此线与ab 线和cd 线的延长线交于E 、F 两点，则E 点和F 点所表示的温度差即为欲求温度的升高值ΔT 。如图2-3所示，EE ’表示环境辐射进来的热量所造成量热计温度的升高，这部分是必须扣除的；而FF ’表示量热计向环境辐射出热量而造成量热计温度的降低，因此这部分是必须加入的。

经过这样校正后的温度差表示了由于样品燃烧使量热计温度升高的数值。

图2-3 绝热较差时温度校正图图2-4 绝热良好时温度校正图有时量热计的绝热情况良好，热量散失少，而搅拌器的功率又比较大；这样往往不断引进少量热量，使得燃烧后的温度最高点不明显出现，这种情况下ΔT仍然可以按照同法进行校正（图2-4）。

必须注意，应用这种作图法进行校正时量热计的温度和外界环境的温度不宜相差太大（最好不超过2～3℃），否则会引进误差。

当然，在测量燃烧热过程中，对量热计温度测量的准确性直接影响到燃烧热测定的结果，所以本实验采用SWC-ⅡD精密数字温差仪来测量量热计的温度变化值。SWC-ⅡD精密数字温差仪分辨率高、稳定性好，操作简单、显示清晰、读数准确。具体操作如下：将传感器插入被测物中（插入深度应大于50mm）接通电源，按下电源开关，此时显示得显示仪表初始状态（实时温度），在适当温度时按“采零”按钮，选择基温，使温差显示为“0.00”。选择好基温后按“锁定”键，锁定基温为零点。开始测定被测物与基温的温差，按“▲”和反“▲”调节蜂鸣时间。仪器蜂鸣时按“测量/保持”键，保持蜂鸣时的温度数值，读数记录后再按“测量/保持”键恢复测量。

三、仪器和试剂

燃烧热实验装置1套；压片机1台；SWC-ⅡD精密数字温差仪1台；

容量瓶（1000 m L）l只；万用电表1只（公用）氧气钢瓶及减压阀1只（公用）萘（AR）；苯甲酸（AR）；点火丝。

四、操作步骤

1．量热计的水当量（W水）测定