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USTC物理化学实验四——燃烧热的测定

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燃烧热的测定PB09007215中国科学技术大学地球和空间科学学院摘要：本实验应用氧弹卡计测定萘的燃烧热，首先运用标准物质苯甲酸燃烧放出的热量被氧弹及周围的介质等吸收，测量体系的温度变化，进而标定出氧弹卡计的热容，再进行萘的燃烧热测量和计算。

为使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，运用“雷诺校正图”的设计思想。

关键词燃烧热，氧弹卡计，雷诺校正，绝热体系1.前言1.1燃烧热燃烧热化学热力学规定，在100kPa的压强下，lmol物质被氧完全氧化时的恒压反应热叫做该物质的标准摩尔燃烧热，简称标准燃烧热，标准燃烧热也提供了一套用来求算有机反应的热效应的数据。

如果说标准生成热是以反应起点即各种单质为参照物的相对值，那么标准燃烧热则是以完全氧化产物为参照物的相对值，即各种完全氧化产物的标准燃烧热【1】燃烧热分恒容燃烧热和恒压燃烧热，恒压燃烧热与恒容燃烧热有关系：Qp=Qv+，nΔ(RT)Δ---反应前后气态物质的量之差；T 其中Q p---恒压燃烧热；Q v---恒溶燃烧；n为环境（外夹套）的温度。

1.2绝热体系氧弹的内部是被测物质的燃烧空间，也就是燃烧反应体系。

由于做燃烧实验时要在氧弹中充入高压的氧气，燃烧瞬间将产生高温，这样就无法将温度计（或温差计）直接插入到高压氧弹中或者因为温度计无法承受高压或高温，另外温度计是玻璃或金属外壳，在氧弹外面也无法与氧弹紧密接触，或者有的温度计（如热电偶）达不到测量精度，所以很难对燃烧反应体系进行温度或温度差的测量。

在本实验的装置中，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，温度计可以插入到水中并与水紧密接触，不需要承受高压和高温，这样可以根据测量体系的温度变化去推断燃烧反应进行所放出的热量。

1.3雷诺校正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。

即“雷诺校正图”的设计思想。

实验部分2.1仪器与试剂：HR-15B型氧弹式热量计南京南大万和科技有限公司；BH-IIS型燃烧热数据采集接口装置南京南大万和科技有限公司；分析天平压片机扳手欧姆表氧气钢瓶氧气减压器充氧导管苯甲酸（分析纯）；萘（分析纯）； Cu-Ni合金丝2.2实验内容2.2.1实验装置图：图1 氧弹卡计安装示意图 图2 氧弹的构造　2.2.2 实验步骤：(1)用1/10的水银温度计准确测量量热计恒温水套A（外套）的实际温度。

(2)打开温差测定仪，让其预热，并将测温探头插入外套测温口中。

(3)在水盆中放入自来水（约4000mL），用1/10的水银温度计测量水盆里的自来水温度，用加冰或加热水的方法调节水温低于外套温度1.5－2.0℃。

(4)把充好氧气的氧弹放入已事先擦洗干净的内筒C中。

用容量瓶准确量取3000ml已调好温度的水，置于内筒C中。

(5)检查点火开关是否置于“关”的位置，插上点火电极，盖上绝热胶木板。

(6)开启搅拌马达，调节温差测定仪设定旋纽，使温差测定仪上指示为1.000，此时对应的实际温度为外套温度。

(7)迅速把测温探头置于内筒C上端的测温口中，观察温差测定仪的读数，一般应在0.000-0.500之间（太低或太高都要重新调节水温，以保证外套水温在燃烧升温曲线的中间位置）。

报时器每半分钟响一次，响时即记录温差测定仪上温度的读数，至少读5-10min。

(8)插好点火电源，将点火开关置于“开”的位置并立即拨回“关”的位置。

在几十秒内温差测定仪的读数骤然升高，继续读取读数，直至读数平稳（约25个数，每半分钟一次。

如果在1-2分钟内，温差测定仪的读数没有太大的变化，表示样品没有燃烧，这时应仔细检查，请教老师后再进行处理）。

停止记录，拔掉点火电源。

取出氧弹，打开放气阀，排出废气，旋开氧弹盖，观察燃烧是否完全，如有黑色残渣，则证明燃烧不完全,实验需重新进行。

如燃烧完全，量取剩余的铁丝的值。

如需精确测量，还需在装置氧弹时加1mL 长度，根据公式4-(4)计算C卡蒸馏水于氧弹内，燃烧后将弹体用蒸馏水清洗，用0.1 mol·dm-3NaOH滴定之。

(9)萘恒容燃烧热的测定：称取0.6克的萘，按上述操作步骤，压片、称重、燃烧等实验操作重复一次。

测量萘的恒容燃烧热Q V，并根据公式4-(1)计算Q P，即为ΔH，并与手册作比较,计算实验的相对误差。

2.2.3注意事项1）氧弹充氧操作中，人应站在氧气减压表的侧面，以免意外；2）压片时应将Cu-Ni合金丝压入片内；3）氧弹充完氧后一定要检查确信其不漏气，并用万用表检查两极间是否通路；4）将氧弹放入量热仪前，一定要先检查点火控制键是否位于“关”的位置；点火结束后，应立即将其关上。

3实验结果与数据分析：3.1实验结果：萘的恒容摩尔燃烧热: ΔQ v,m= -（5243.262±72.774）KJ/mol萘的恒压摩尔燃烧热: ΔQ p,m= -（5238.295±72.775）KJ/mol3.2数据分析：3.2.1与文献值比对查找相关文献知萘的恒压燃烧热为-5153.8kJ/mol【2】。

绝对误差：ΔQ P’=5238.295-5153.8=84.50 kJ/mol相对误差：84.50/5153.8=1.64%误差传递的绝对误差：ΔQ P= 72.77kJ/mol两个绝对误差比较：ΔQ P’>ΔQ P （两个绝对误差比较分析见3.2.2误差分析）3.2.2误差分析：本实验实验结果略大于文献值，相对误差较小，绝对误差略大于仪器不确定度，分析如下：(1). 偶然误差：水浴筒中3000mL水有少量溅出，压片称量后有部分颗粒可能脱落，同时在计算热容时忽略了消耗NaOH所相当的热当量5.98V(2). 利用雷诺图法进行温差的修正，绘图本身存在着误差(3). 实验中，由于燃烧物质量和体系隔热存在误差，造成燃烧升温略低或略高，最终燃烧后的体系温度比理想绝热条件下的温度高或低，从而影响结果。

(4). 分析图1, 2可知所得曲线并不平滑，应为搅拌器功率不足散热不均所致两个绝对误差比较分析：ΔQ P’>ΔQ P，即误差传递值比实验所得结果与文献值的差值偏小，这表明实验本身存在系统误差，系统误差在本实验中约为：ΔQ P’- ΔQ P =84.50-72.77kJ/mol =11.73kj/mol但是，考虑到实验所得系统误差相比文献值-5153.8kJ/mol，基本可以忽略，并且实验结果本身存在较大的偶然误差，故本实验中的系统误差其实是在要求范围内的，实验设计本身比较精确。

4结论燃烧热较难直接准确测定，在本实验中将盛水桶、3000ml水和氧弹三部分组成测量体系，将温度计插入到水中并与水紧密接触，不需要承受高压和高温，根据测量体系的温度变化去推断燃烧反应进行所放出的热量，可行性和准确度都可以得到保证。

从实验结果所得的数据来看，误差在可以接受的范围中，本实验是可行的，提高实验仪器精确度，增加测量次数求取平均值可以进一步提高精确度。

参考文献[1] 马荔，陈虹锦主编，基础化学北京市：化学工业出版社 , 2005.09[2] 黄震，周子彦，孙典亭编著物理化学实验北京市：化学工业出版社 ,2009.09[3] 付献彩,沈文霞,姚天扬,侯文华.《物理化学》下册[M].高等教育出版社,2005Study on the measurement of heat of combustionZhixin Guo PB09007215School of Earth & Space Sciences, University of Science & Technology of ChinaAbstract: The experiment uses oxygen bomb calorimeter determinate of heat of combustion of naphthalene. The first, using benzoic acid as standard substance to measure the heat capacity of the oxygen bomb calorimeter. Then measure the heat of combustion of Chennai.Key words: heat of combustion, oxygen bomb calorimeter, adiabatic system, renault correction附件：实验数据处理1.仪器和试剂：仪器：长度误差ΔL=n*0.1cm质量误差Δm=0.0001g温度误差ΔT=0.05℃试剂：Cu-Ni合金丝的密度：0.9983mg/cm苯甲酸的恒容燃烧热：26.460 kJ/g2.实验数据：体系环境温度：25.52℃，室温： 23.72℃苯甲酸部分：Cu-Ni合金丝质量：0.0211g压片总质量：0.8284g合金丝剩余质量：0.0024g萘部分：Cu-Ni合金丝质量：0.02398g压片总质量：0.6013g合金丝剩余质量：0.0115g3.数据处理3.1绘制雷诺校正图使用origin软件对实验所得数据做雷诺校正图如下：.-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.6T e m p e r d i f f e rBenzoic acid图3 .苯甲酸燃烧热雷诺校正图ΔT 1=0.703458807-（- 0.738700539) =1.442159346℃℃-20002004006008001000120014001600-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.8T e m p e r d i f f e rBenzoic acid图4 . 萘燃烧热雷诺校正图ΔT 2=0.737843908-（- 0.85491297) =1.592756878℃℃2.氧弹卡计的热容Cu-Ni 合金丝燃烧掉的质量：Δm=0.0211-0.0024g=0.0187gCu-Ni 合金丝燃烧的长度：L=Δm/ρ=0.0187*1000/0.9983cm=18.73184cm苯甲酸质量：m =0.8284-0.0211=0.8073g氧弹卡计的热容：C 卡==++QT mQ l V TV ΔΔ29598..=14849.59731J/K3.计算萘的恒容和恒压燃烧热 Cu-Ni 合金丝燃烧掉的质量：Δm=0.02398-0.0115g=0.01248g反应过程中Cu-Ni 合金丝燃烧的长度：L=Δm/ρ=0.01248*1000/0.9983cm=12.50125cm萘质量：m =0.6013-0.02398g=0.57732g萘的恒容燃烧热：Q V = Q V (待测)=(C 卡ΔT -2.9l )/m (待测物质的质量)×M =5243261.582J/mol由反应式C 10H 8 (s) +12O 2 (g) =10CO 2 (g) + 4H 2O ( l) 得：Δn = -2萘的恒压燃烧热:Q P =Q V +Δn RT=5243261.582-2*8.3145*(25.52+273.15) J/mol = 5238294.99857J/mol4.计算不确定度：质量误差Δm=2*ΔW=2*0.0001g=0.0002g 温差误差Δ(ΔT)= 2*0.005℃=0.01℃ 温度误差ΔT=0.05℃由C 卡==++QT mQ l V TV ΔΔ29598..，得： ⎟⎠⎞⎜⎝⎛ΔΔΔ+ΔΔ+⎟⎠⎞⎜⎝⎛ΔΔΔ+ΔΔ=ΔT T m m T m T T m m T mQ C V )('''2905)(卡 =Tm mQ T T C V ΔΔ+Δ+ΔΔΔ×'2905)(卡 =(14849.59731*0.01/1.442159346+0.0002* (26460+2905)/ 1.442159346) J/K= 107.040J/K由Q V (待测)=(C 卡ΔT -2.9l )/m (待测物质的质量)×M⎟⎠⎞⎜⎝⎛Δ+Δ+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛Δ+ΔΔΔ+ΔΔ=Δm m m m m M m m m T T C C m TM C Q V '''2905)(卡卡卡=14849.59731*1.592756878*128.18*(107.040/14849.59731+0.01/1.592756878+0.0002/0.57732)/0.57732+2905*0.01248*128.18*(0.0002/0.57732+0.0002/0.01248)/0.57732 J/mol =72773.85123J/molΔQ P =ΔQ V +Δn R ΔT= 72773.85123+2*8.3145*0.05=72774.68268J/mol。

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燃烧热的测定_实验报告

燃烧热的测定_实验报告

燃烧热的测定一、实验目的●使用氧弹式量热计测定固体有机物质（萘）的恒容燃烧热，并由此求算其摩尔燃烧热。

●了解氧弹式量热计的结构及各部分作用，掌握氧弹式量热计的使用方法，熟悉贝克曼温度计的调节和使用方法●掌握恒容燃烧热和恒压燃烧热的差异和相互换算二、实验原理摩尔燃烧焓∆c H m 恒容燃烧热Q V∆r H m = Q p ∆r U m = Q V对于单位燃烧反应，气相视为理想气体∆c H m = Q V ＋∑νB RT＝Q V ＋△n(g)RT氧弹中放热(样品、点火丝)＝吸热(水、氧弹、量热计、温度计)待测物质QV－摩尔质量ε－点火丝热值bx－所耗点火丝质量q－助燃棉线热值cx－所耗棉线质量K－氧弹量热计常数∆Tx－体系温度改变值三、仪器及设备标准物质：苯甲酸待测物质：萘氧弹式量热计1－恒热夹套2－氧弹3－量热容器4－绝热垫片5－隔热盖盖板6－马达7，10－搅拌器8－伯克曼温度计9－读数放大镜11－振动器12－温度计四、实验步骤1.量热计常数K的测定(1) 苯甲酸约1.0g，压片，中部系一已知质量棉线，称取洁净坩埚放置样片前后质量W1和W2(2)把盛有苯甲酸片的坩埚放于氧弹内的坩埚架上，连接好点火丝和助燃棉线(3) 盖好氧弹，与减压阀相连，充气到弹内压力为1.2MPa为止(4)把氧弹放入量热容器中，加入3000ml水(5) 调节贝克曼温度计，水银球应在氧弹高度约1/2处(6) 接好电路，计时开关指向“1分”，点火开关到向“振动”，开启电源。

约10min后，若温度变化均匀，开始读取温度。

读数前5s振动器自动振动，两次振动间隔1min，每次振动结束读数。

(7)在第10min读数后按下“点火”开关，同时将计时开关倒向“半分”，点火指示灯亮。

加大点火电流使点火指示灯熄灭，样品燃烧。

灯灭时读取温度。

(8)温度变化率降为0.05°C·min-1后，改为1min计时，在记录温度读数至少10min，关闭电源。

物理化学实验——燃烧热

物理化学实验——燃烧热

到坩埚壁上，否则，短路，药片不燃烧 3. 充氧时，要有老师在现场。
构造
减压阀的使用
2. 使用方法 打开总阀门，顺时
针慢慢旋紧调节螺 杆，打开减压阀门， 使分压表达到所需 要的压力，逆时针 慢慢旋松调节螺杆， 关闭减压阀门，断 开紫铜管和使用体 系的接头，放掉低 压室内的气体。关 闭总阀门，再次打 开减压阀门，放掉 高压室内的气体， 关闭减压阀门。
药品：苯甲酸（A.R.）；萘（A.R.）；燃烧 丝；
四、实验步骤
1．量热计水当量的测定
用台秤称0.5克干燥苯甲酸并压片，然后用 电子天平准确称重；放入氧弹，连接好燃烧丝， 旋紧弹盖，充氧1Mpa，将氧弹小心放入内筒， 盖好量热计的上盖，插入温度温差仪的探头， 接通电源，打开搅拌器。打开温度温差仪电源， 采零并锁定。每0.5分钟读数一次，当系统各部 分温度趋于均匀时(温度均匀变化），点火。当 温度上升较慢后，读数10分钟，停止读数。小 心取下温度温差仪的探头，取出氧弹，放出余 气，打开氧弹盖，检查燃烧是否完全。
2． 测定萘燃烧热 称取0.3克萘，重复上述 步骤测定之。
五、数据记录与处理
1. 由实验数据求出ΔT苯甲酸，ΔT萘 2. 由求出W 3. 计算ΔUm（萘）=QVm和ΔHm（萘）=Qpm，
并与标准值比较。
六、注意问题
1. 称量样品不要多，否则燃烧不完全 2. 燃烧丝连接要接触到药片上，但是不能碰
酸）=-26.460kJ·g-1。燃烧丝放出的热量忽略 不计。
本实验由苯甲酸数据求出水当量W，将水当 量值代入（1）就可求出待测样品的QV.g样品， 再换算成QV.m=QV.gM。然后，计算出Qp.m。
采用 雷诺 校正
3. 温度的校正方法
三、仪器试剂
实验报告燃烧热的测定

实验报告燃烧热的测定

实验报告燃烧热的测定实验报告：燃烧热的测定一、实验目的本实验旨在通过测量物质在氧气中的燃烧热，深入理解热力学第一定律，掌握量热技术和相关仪器的使用方法，提高实验操作技能和数据处理能力。

二、实验原理燃烧热是指 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（Qv），在恒压条件下测得的燃烧热称为恒压燃烧热（Qp）。

对于一般的有机化合物，燃烧反应通常可以表示为：CxHyOz ＋（x ＋y/4 z/2)O2 → xCO2 ＋（y/2)H2O在本实验中，采用氧弹式量热计来测量燃烧热。

氧弹式量热计的基本原理是能量守恒定律，即样品燃烧所释放的能量等于量热计和周围介质所吸收的能量。

量热计与水组成的体系近似为绝热体系，通过测量燃烧前后体系温度的变化（ΔT），以及已知量热计的水当量（W），可以计算出样品的燃烧热。

恒容燃烧热的计算公式为：Qv ＝CΔT ／ m其中，C 为量热计和水的总热容量（J/℃），m 为样品的质量（g）。

恒压燃烧热与恒容燃烧热的关系为：Qp ＝ Qv ＋ΔnRT其中，Δn 为反应前后气体物质的量的变化，R 为气体常数（8314 J/（mol·K)），T 为反应温度（K）。

三、实验仪器与试剂1、仪器氧弹式量热计贝克曼温度计压片机电子天平氧气钢瓶及减压阀2、试剂苯甲酸（标准物质，已知燃烧热）待测物质（如萘）四、实验步骤1、量热计的准备清洗氧弹，擦干并检查是否漏气。

准确称取一定量的引火丝，记录其质量。

2、样品的准备用电子天平准确称取苯甲酸和待测物质，分别压片。

再次准确称取引火丝的质量，并将其缠绕在样品片上。

3、装样将样品片和引火丝放入氧弹的坩埚中，拧紧氧弹盖。

4、充氧缓慢向氧弹中充入氧气，压力达到 15 20 MPa。

5、测量初始温度将氧弹放入量热计内桶中，插入贝克曼温度计，搅拌均匀，测量体系的初始温度。

6、点火燃烧接通电源，点火，记录温度随时间的变化，直至温度不再升高，记录最高温度。

物理化学——燃烧热的测定

物理化学——燃烧热的测定

物理化学——燃烧热的测定
燃烧热是指在恒定压力下，一种物质完全燃烧产生的热量。

它是刻画燃烧反应放热程度的重要物理量之一。

测定燃烧热的常用方法之一是通过燃烧热计测量。

燃烧热计是一种用于测定物质燃烧热的仪器，主要由燃烧炉、水箱、温度计和稳压阀等组成。

具体测量步骤如下：
1.准备好实验所需的装置和物质，并将实验室环境条件调整至稳定状态，例如室温和大气压力等。

2.将待测物质与适量的氧气或空气混合，使其在燃烧炉中完全燃烧。

在燃烧过程中，燃烧炉中的温度升高，燃烧热转化为热量。

3.燃烧产生的热量通过传导和对流的方式传递给水箱，使水箱中的水温升高。

4.测量水箱中水的温度变化，并记录其与时间的关系。

根据水的温度变化，可以计算出燃烧产生的热量。

5.根据测量结果，可以通过一些相关公式或计算方法，计算出待测物质的燃烧热。

除了燃烧热计方法外，也可以使用其他测定方法，例如弹性圈热量计、绝对热量计等，都可以测定物质的燃烧热。

燃烧热的测定对于研究物质的燃烧特性、热力学性质以及能量转化等方面具有重要意义。

它在化学工程、燃料研究、环境保护等领域有着广泛的应用。