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燃烧热的测定

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燃烧热的测定

————06化工2班 叶陆仟

Ⅰ、目的要求

一、明确燃烧热的定义，了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别 及相互关系

二 、了解热量计中主要部件的原理和作用，掌握氧弹热量计的实验技术

三、 用氧弹热量计测定苯甲酸和萘的燃烧热

四、学会雷诺图解法校正温度改变值

Ⅱ、基本原理

一、 燃烧与量热

根据热化学的定义，1mol物质完全氧化时的反应热称作燃烧热。所谓完全氧化，对

燃烧产物有明确的规定。譬如，有机化合物中的碳 氧化成一氧化碳不能认为是完全氧化，只有氧化成二氧化碳才可认为是完全氧化。 燃烧热的测定，除了有其实际应用价值外，还

可以用于求算化合物的生成热、键能等。

量热法是热力学的一个基本实验方法。在恒容或恒压条件下，可以分别测得恒容燃

烧热Qv和恒压燃烧热Qp。由热力学第一定律可知，Qv等于体系内能变化△U；Qp等于焓变△H。

若把参加反应的气体和反应生成的气体都作为理想气体处理，则它们之间存在以下关

系：

△H = △U + △（PV） (1式)

Qp =Qv + △nRT （2式）

式中，△n为反应前后反应物和生成物中气体的物质的量之差；R为气体常数；T为

反应时的热力学温度。

热量计的种类 很多，本实验所用氧弹热量计是一种环境恒温式的热量计。

二、氧弹热量计

氧弹热量计的基本原理是能量守恒定律。样品完全燃烧所释放的能量使得氧弹本身及其

周围的介质和热量计有关附件的温度升高。测量介质在燃烧前后温度的变化值，就可求算该

样品的恒容燃烧热。其关系式如下：

-M样Qv/M –M*Qm =(m水C水+C计)△T

式中，M样和M分别为样品的质量和摩尔质量；Qv为样品的恒容燃烧热；M和Qm是引燃用铁丝的质量和单位质量燃烧热，M水和 C水是以水作为测量介质时水的质量和比热容；C计称为热量计的水当量，即除水之外，热量计升高1℃所需的热量；△T为样品燃烧前后水

温的变化值。

为了保证样品完全燃烧，氧弹中须充以高压氧气或其它氧化剂。因此氧弹应有很好的密

封性能耐高温且耐腐蚀。氧弹放在一个与室温一致的恒温套壳中。盛水桶与套壳之间有一个

高度抛光的挡板，以减少热辐射和空气的对流。

三、雷诺温度校正图

实际上，热量计与周围环境的热交换无法完全避免，它对温度测量值的影响可用雷

诺（Renolds）温度校正图校正。具体方法为：称取适量带测物质，估计其燃烧后可使水温

上升1.5~2.0℃。预先调节水温低于室温1.0℃左右。按操作步骤进行测定，将燃烧前后观 察所得的一系列水温和时间关系作图。得一曲线如图。图中H点意味着燃烧开始,热传入介

质; D点为观察到的最高温度值;从相当于室温的J点作水平线交于曲线于I,过I作垂线ab，

再将FH线和GD线延长交ab线于A,C两点，其间得温度差值即为经过校正的△T。图中AA`为开始燃烧到温度上升至室温这一段时间△t1内，由环境辐射和搅拌引进的能量所造成

的升温，故应于扣除。CC`为室温升高到最高点D这一段时间△t2内，热量计向环境的热漏造成的温度降低，计算的必须考虑在内。故可认为，AC两点的差值较客观地表示了样品燃

烧引起的升温数值。在某些情况下，热量计的绝热性能良好，热漏很小，而搅拌器功率较大，

不断引进的能量使得曲线不出现极高温度点。

本实验采用数字式精密温差测量仪来测量温度差。

Ⅲ、 仪器试剂

氧弹热量计 1套 万用电表 1个

数字式精密温差测量仪 1支 案秤（10kg） 1台

氧气钢瓶 1只 温度计（0～50℃） 1支

氧气减压阀 1只 秒表 1只

压片机 1台 放大镜 1个 烧杯（1000ml） 1只 电炉（500W） 1个

塑料桶 1个 引燃专用铁丝

直尺 1把 苯甲酸（分析纯）

剪刀 1把 萘（分析纯）

Ⅳ、试验步骤

一、 测定热量计的水当量

1、样品制作 用台秤称取大约0.95g苯甲酸，在压片机上压成圆片。样品压得太紧，点火时不易全部燃烧；压得太松样品容易脱落。将样品在干净的玻璃板上轻击二、三次，再

用分析天平精确称量。

2、装样并充氧气

拧开氧弹盖，将氧弹内壁擦干净，特别是电极下端的不锈钢丝更应该擦干净。搁上金

属小皿，小心将样品片放置在小皿中部。剪取18cm长的引燃铁丝，在直径约为3mm的玻

璃棒上，将其中段绕成螺旋形约5～6圈。将螺旋部分紧贴在样片的表面，两端如剖面图所

示固定在电极上。用万用表检查两电极间电阻值，一般应不大于20Ω。

旋紧氧弹盖，卸下进气管口的螺栓，换接上导气管接头。导气管另一端与氧气钢瓶上的

减压阀连接。打开钢瓶阀门，使氧气中充入2Mpa的氧气。 旋下导气管，关闭氧气瓶阀门，

放掉氧气表中的余气。将氧弹的进气螺栓旋上，再次用万用表检查两电极间的电阻。如阻值过大或电极与弹壁短路，则应放出氧气，开盖检查。

3、测量

用案秤准确称取已被调节到低于室温1℃的自来水3kg于盛水桶内。将氧弹放入水桶

中央，装好搅拌马达，把氧弹两电极用导线与点火变压器连接，细心安装贝克曼温度计，盖

上盖子。开动搅拌马达，待温度稳定上升后，每隔1min读取一次温度（读至0.001℃）。10～12min后，按下变压器上电键通电4～5点火。若变压器上指示灯亮后即熄灭，且温度迅速

上升，表示氧弹内样品已燃烧；若灯亮后不熄，表示铁丝没有烧断，应立即加大电流引发燃烧；若指示灯根本不亮或者虽加大电流也不熄灭，而且温度也不见迅速上升，则须打开氧弹

检查原因。自按下电键之后，读数改为每隔15s一次，直至两次读数差值小于0.005℃，读

数间隔恢复为1min一次，继续10～12min后方可停止实验 .

小心取下数字式精密温差测量仪的探头，再取出氧弹，打开出气口放出余气。旋开氧弹

盖，检查样品燃烧是否完全。氧弹中应没有明显的燃烧残渣。若发现黑色残渣，则应重做实

验。测量燃烧后剩下的铁丝长度以计算铁丝实际燃烧长度。最后擦干氧弹和盛水桶。 样品

点燃及燃烧完全与否，是本实验最重要的一步。

二、萘的燃烧热测量 称取0.6g左右的萘，同上述方法进行测定。

Ⅴ、数据处理

一、甲酸的燃烧热为－26460J·g —1；燃烧铁丝的燃烧热值为－2.9J·cm－1。

二、作苯甲酸和萘燃烧的雷诺温度校正图，由△T计算水当量和萘的恒容燃烧热Qv，

并计算其恒压燃烧热Qp。

三、根据所用仪器的精度，正确表示测量结果，并指出最大测量误差所在。

四、文献值 恒压燃烧热 kcal/mol kJ/mol J/g 测定条

件

苯甲酸 -771.24 -3226.9 -26410 pӨ,20℃ 萘 -1231.8 -5153.8 -40205 pӨ,25℃

五、实验数据

第一组： 测定苯甲酸的燃烧热

铁丝的质量：.00237g

压片后铁丝与苯甲酸的质量：0.9961g

苯甲酸的质量：0.9724g

燃烧后铁丝的质量：0.0128g 前期测量 主期测量 后期测量

T/(min) T(℃) T/(min) T(℃) T/(min) T(℃) T/(min) T(℃)

1 -0.015 10.25 0.003 13.

25 1.635 16.75 1.764

2 -.0021 10.5 0.178 13.5 1.653 17.75 1.768

3 -0.028 10.75 0.452 13.75 1.669 18.75 1.768

4 -0.031 11 0.728 14 1.691 19.75 1.766

5 -0.034 11.25 0.951 14.25 1.703 20.75 1.763

6 -0.036 11.5 1.067 14.5 1.714 21.75 1.759 7 -0.039 11.75 1.218 14.75 1.724 22.75 1.754

8 -0.041 12 1.363 15 1.732 23.75 1.749

9 -0.043 12.25 1.432 15.25 1.742 24.75 1.744

10 -0.044 12.5 1.496 15.5 1.748 25.75 1.739

12.75 1.563 15.75 1.752

13 1.601

0510152025300.00.51.01.52.0

温度T

t/min B

△ T=1.727（K）

Qv＝Qp - △nRT = -26460 – (-0.5)*8.314*17 = -26389.331 J/g

C计 = (-M样Qv/M –M*Qm )/ △T - m水C水

= ［ -0.9724*(-26389.331)/122.11 -0.0083*(-6696.4)/1.726 ］– 3*4200

= -12435.727 J/k

第二组：测定萘的燃烧热

铁丝的质量：0.0201g

压片后铁丝与萘的质量：0.6758g

萘的质量：0.6557g

燃烧后铁丝的质量：0.0121g

0510152025300.00.51.01.52.0

T

t/min B

△T=1.706（K）

Qv = ［(m水C水+C计)△T + M*Qm ］* M/ ( -M样 )

= ［(4200*3 -12435.727 )*1.706 + 0.008*(-6696.4) ］*128/(-0.6557)

= -44250.127J/g

Qp＝Qv＋△nRT=-44250.127+ (-2)*8.314*17 = -44532.8 J/g

前期测量 主期测量 后期测量

T/(min) T(℃) T/(min) T(℃) T/(min) T(℃) T/(min) T(℃)

1 -0.003 10.25 -0.001 13.5 1.599 17.5 1.801

2 -0.007 10.5 0.112 13.75 1.630 18.5 1.808

3 -0.009 10.75 0.280 14 1.659 19.5 1.812

4 -0.011 11 0.459 14.25 1.682 20.5 1.812

5 -0.012 11.25 0.653 14.5 1.701 21.5 1.810

6 -0.013 11.5 0.832 14.75 1.720 22.5 1.806

7 -0.014 11.75 1.026 15 1.735 23.5 1.802

8 -0.015 12 1.175 15.25 1.748 24.5 1.799

9 -0.016 12.25 1.282 15.5 1.758 25.5 1.795

10 -0.017 12.5 1.378 15.75 1.768 26.5 1.791

12.75 1.452 16 1.777

13 1.503 16.25 1.782

13.25 1.556 16.5 1.786

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燃烧热的测定

燃烧热的测定

TCCWQlQMWlv）计水水样(燃烧热的测定

一、目的要求

1、用数字式氧弹热量计测定样品的燃烧热

2、明确燃烧热的定义，了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别

3、了解热量计中主要部分的作用，掌握数字式氧弹热量计的实验技术

二、实验原理

根据热化学的定义，1mol物质完全氧化时的反应热称作燃烧热。量热法是热

力学的一个基本实验方法。在恒温或恒压条件下，可以分别测得亨容燃烧热Qv和恒压热容QP。由热力学第一定律可知，Qv等于体系内能ΔU变化；等于其焓变

ΔH。若把参加反应的气体和反应生成的气体都作为理想气体处理，则它们之间

存在以下关系：

ΔH=ΔU+Δ(PV) -----------------------------------(1)

QP = QV + ΔnRT ----------------------------------(2)

氧弹热量计的基本原理是能量守恒定律。样品完全燃烧所释放的能量使得氧

弹本身及其周围的介质和有关附件的温度升高。测量介质在燃烧前后温度的变化

值，就可以求算该样品的恒容燃烧热。关系式如下：

式中，W样和M分别为样品的质量和摩尔质量；QV为样品的恒容燃烧热；

l和Ql是引燃用铁丝的长度和单位长度燃烧热，W水和C水是以水为测量介质时，

水的质量和比热容；C计称为热量计的水当量，即除水之外，热量计升高1℃所

需要的热量。ΔT为样品燃烧前后水温的变化值。实际上，热量计于周围环境的

热交换无法完全避免，它对温差测量值的影响可用雷诺温度校正图校正。

三、仪器与试剂 HR－15型氧弹卡计 ZDW-1A精密数字温差测量仪 电脑

点火丝、剪刀、直尺、

镊子、烧杯、大容量瓶 氧气钢瓶、氧气减压阀、立式自动

充氧器 正丁醇 四、实验步骤

(1)仪器准备：

开启ZDW-1A精密数字温差测量仪的电源开关，温度探头放入热量计外桶内。

开启计算机电源，进入Windows操作系统。大烧杯中盛约800ml自来水，并放入

燃烧热的测定简答题

燃烧热的测定简答题

1、 在氧弹里加10ml蒸馏水起什么作用？

在燃烧过程中，当氧弹内存在微量空气时，N2的氧化会产生热效应。生成NO、NO2等，NO+NO2+H2O=HNO2，而后利用NaOH溶液对其滴定，以扣除N2燃烧引起的放热，若不加入蒸馏水，灰烬落在氧弹内较难清洗，加入水后灰烬落入水中，也便于氧弹清洗。

2、 在实验中，哪些为体系？哪些为环境？实验过程中有无热损耗，如何降低热损耗？

在本实验装置中，氧弹的内部是被测物质的燃烧空间，也就是燃烧反应体系。氧弹壳及环境恒温式量热计及内外筒内的水为环境。盛水桶、3000ml水（刚好可以淹没氧弹）和氧弹三部分组成了测量体系，测量体系与环境之间有热量的交换，因为理想的绝热条件是不可能达到的，同时影响热量的交换量大小的因素也比较多，与体系、环境的材质有关；与体系、环境的接触界面积大小有关；与体系、环境的温差有关。所以要定量准确地测量出体系与环境交换的热量是比较困难的。如果有净的热量交换的话，将会增大实验的测量误差。在本实验过程中，样品点火燃烧以后体系的温度肯定将高于环境的温度，体系将热传递给环境，因此就必须在样品点火燃烧以前使体系的温度低于环境的温度，使体系从环境处获得热量，并使体系获得的热量与传出的热量尽量抵消，这样测量的效果就相当于绝热体系的结果。

3、在环境恒温式量热计中，为什么内筒温度要比外筒温度低？低多少合适？

无法避免体系与环境之间有热量的交换，就希望体系与环境之间交换的热量为零或尽可能的小。在本实验过程中，样品点火燃烧以后体系的温度肯定将高于环境的温度，体系将热传递给环境，因此就必须在样品点火燃烧以前使体系的温度低于环境的温度，使体系从环境处获得热量，并使体系获得的热量与传出的热量尽量抵消，这样测量的效果就相当于绝热体系的结果。根据称样量范围，升温变化应在1.5~2度之间，所以选择起始水温低于环境1度左右，以减少因未采用绝热式热量计而引起的热辐射误差。

4、 欲测定液体样品的燃烧热，你能想出测定方法吗？

燃烧热测定

燃烧热测定

内容提要：本实验利用氧弹式热量计，以苯甲酸为标准物，测量物质燃烧时系统温度随时间的变化曲线，经过雷诺校正和相关计算，得到16.3℃，102.20 kPa下，热量计的水当量为 ，进而得到蔗糖的燃烧热为 ，与文献值比较误差为-0.6 %。对实验的讨论给出了可能引起误差的原因，并说明了雷诺校正的原理及意义。

1 引言（略）

2 实验部分

2.1 仪器和药品

GR 3500Ⅱ型氧弹式热量计，氧气钢瓶，压片机，SWC-Ⅱ D型温差测量仪，RF-K1型控制箱，数字万用表，秒表，分析天平（万分之一），电子天平（百分之一），研钵，容量瓶（1000 mL，2000 mL）。

镍丝，棉线，苯甲酸（分析纯），蔗糖（分析纯）。

2.2 实验步骤

2.2.1 水当量的测量

取一段镍丝，称量其质量m1，紧缠于氧弹两电极上。取一段棉线，称量其质量m2。称取约1.0 g研磨过的苯甲酸，用专用压片机压片。用棉线绑住压片，称量总质量m3后置于燃烧皿中，棉线两端缠绕在镍丝上。

旋紧氧弹盖，充入约1 MPa氧气，随即放气。重复三次，最后充入1.0 MPa氧气。用数字万用表测得两电极间的电阻为12~15 Ω，符合要求。将氧弹放入热量器中。

从实验室中的水箱内取3000.0 mL水加入热量器内筒，关上热量器盖，插入温差测量仪探头，启动控制箱开始搅拌。待水温稳定上升后，将温差测量仪采零，开始计时，每隔30 s记录一次温差。10 min后点火，每15 s记录一次温差。待温差基本保持不变后停止计时。

停止搅拌，取出温差测量仪探头，打开盖子，取出氧弹，泄去废气，打开氧弹，取出剩余镍丝并称量其质量m4。

2.2.2 蔗糖燃烧热的测量

擦干氧弹内外壁和热量器内筒，清理燃烧皿中的残渣。用2.2.1所述方法测量蔗糖的温差-时间变化曲线，进而计算燃烧热。

物理化学实验 燃烧热的测定 2017年10月12日

燃烧热的测定 2

燃烧热的测定 2

燃烧热测定

一、实验目的

1、学会用氧弹热量计测定有机物燃烧热的方法。2、明确燃烧热的定义，了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别。

3、掌握用雷诺曲线法校正所测温差的方法。4、掌握压片技术，熟悉高压钢瓶的使用方法。学会用精密电子温差测量仪测定

温度的改变值。

二、基本原理

燃烧焓的定义：在指定的温度和压力下，lmol的物质完全燃烧生成指定产物

的焓变，称该物质在此温度下的摩尔燃烧焓，记作cmH。燃烧产物指定该化合物

中C变为C02(g)，H变为H2O(l)，S变为SO2(g)，N变为N2 (g)，Cl变为HCl(aq)，金属都成为游离状态等。燃烧热的测定，除了有其实际应用价值外，还可用来求算化合物的

生成热、化学反应的反应热和键能等，具有重要的理论价值。量热方法是热力学的一个基本实验方法。热量有Qp和Qv之分。用

氧弹热量计测得的是恒容燃烧热Qv；从手册上查到的燃烧热数值都是在

298.15 K，1p条件下，即标准摩尔燃烧焓，属于恒压燃烧热Qp。由热

力学第一定律可知，在不做非膨胀功的条件下，vQU；pQH。若

把参加反应的气体和反应生成的气体都作为理想气体处理，则它们之间

存在以下关系：

pvQQnRT（1）

式中，△n为反应前后生成物和反应物中气体的物质的量之差；R为气体常数；T为反应的热力学温度(量热计的外桶温度，环境温度)。

在本实验中，在盛有2500ml水的容器中放入装有W克样品和氧气的密闭

氧弹，使样品完全燃烧，放出的热量引起体系温度的上升。根据能量守恒原理，

用温度计测量温度的改变量，由下式求得Qv。

()vMQCTTW终始（2）

式中，M是样品的摩尔质量（g.mol-1）；C为样品燃烧放热给水和仪器每升高1度所需要的热量，称为水当量(J.K-1)。水当量的求法是用已知燃烧热的物质（本实验用苯甲酸）放在量热计中，测定和T始和T终，即可求出水当量C；然

后再用相同的方法对奈进行测定，测定和T始和T终，代入上式，便可求得其燃

烧热。

三、仪器与试剂：