燃烧热实验报告.docx
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燃烧热实验报告
华南师大学实验报告
学生
曾庆瑜
学号
专业
化学（师）
年级、班级
2014级化教六班
课程名称
物理化学实验
实验项目
燃烧热的测定
实验类型
□验证□设计□综合
实验时间
2016年12月12日
实验指导老师
林晓明
实验评分
一、实验目的
1、明确燃烧热的定义，了解定压燃烧热与定容燃烧热的差别。
2、掌握量热技术的基本原理；学会测定萘的燃烧热
3、了解氧弹量热计的主要组成及作用，掌握氧弹量热计的操作技术。
4、学会雷诺图解法校正温度改变值。
二、实验原理
燃烧热是指1mol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（Ov），恒容燃烧热这个过程的能变化（ΔU）。
在恒压条件下测得的燃烧热称为恒压燃烧热（Qp），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：
cHm=Qp＝Qv＋ΔnRT （3-4）
本实验采用氧弹式量热计测量萘的燃烧热。
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。
氧弹是一个特制的不锈钢容器（如图）为了保证化妆品在若完全燃烧，氧弹中应充以高压氧气（或者其他氧化剂），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。
但是，热量的散失仍然无法完全避免，这可以是同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。
量热反应测量的基本原理是能量守恒定律，在盛有定水的容器中，样品物质的量为n摩尔，放入密闭氧弹充氧，使样品完全燃烧，放出的热量传给水及仪器各部件，引起温度上升。
设系统（包括水桶，氧弹本身、测温器件、搅拌器和水）的总热容为C（通常称为仪器的水当量，即量热计及水每升高1K所需吸收的热量），假设系统与环境之间没有热交换，燃烧前、后的温度分别为T1、T2，则此样品的恒容摩尔燃烧热为:
（3-5）
式中，Qvm为样品的恒容摩尔燃烧热（J·mol-1）；n为样品的摩尔数（mol）；C为仪器的总热容（J·K-1或J/oC）。
上述公式是最理想、最简单的情况。
图1氧弹量热计构造示意图图图2氧弹构造示意图
1、氧弹1－厚壁圆筒；2－弹盖
2、水桶（量热容器）3－螺帽；4－进气孔
3、电极4、温度计5－排气孔；6－电极
5、搅拌器6、恒温外套8－电极（也是进气管）
但是，由于1、氧弹量热计不可能完全绝热，热漏在所难免。
因此，燃烧前后温度的变化不能直接用测到的燃烧前后的温度差来计算，必须经过合理的雷诺校正才能得到准确的温差变化。
2、多数物质不能自燃，如本实验所用萘，必须借助电流引燃点火丝，再引起萘的燃烧，因此，等式（3-5）左边必须把点火丝燃烧所放热量考虑进去就如等式（3-6）：
（3-6）
式中：
m点火丝为点火丝的质量，Q点火丝为点火丝的燃烧热，为-6694.4J/g，T为校正后的温度升高值。
仪器热容的求法是用已知燃烧焓的物质（如本实验用苯甲酸），放在量热计中燃烧，测其始、末温度，经雷诺校正后，按上式即可求出C。
雷诺校正：
消除体系与环境间存在热交换造成的对体系温度变化的影响。
方法：
将燃烧前后历次观察的贝氏温度计读数对时间作图，联成FHDG线如图２-1-2。
图中H相当于开始燃烧之点，D点为观察到最高温度读数点，将H所对应的温度T1，D所对应的温度T2，计算其平均温度，过Ｔ点作横坐标的平行线，交FHDG线于一点，过该点作横坐标的垂线a,然后将FH线和GD线外延交a线于A、C两点,A点与C点所表示的温度差即为欲求温度的升高T。
图中AA’表示由环境辐射进来的热量和搅拌引进的能量而造成卡计温度的升高，必须扣除之。
CC’表示卡计向环境辐射出热量和搅拌而造成卡计温度的降低，因此，需要加上，由此可见，AC两点的温度差是客观地表示了由于样品燃烧使卡计温度升高的数值
有时卡计的绝热情况良好，热漏小，而搅拌器功率大，不断稍微引进热量，使得燃烧后的最高点不出现，如图2-1-3，这种情况下T仍可以按同法校正之。
三、实验仪器与试剂
实验仪器：
外槽恒温式氧弹卡计（一个）；氧气钢瓶（一瓶）；压片机（2台）；数字式贝克曼温度计（一台）；
0～100℃温度计（一支）；万用电表（一个）；扳手（一把）；
实验试剂：
萘（A.R）；苯甲酸（A.R或燃烧热专用）；铁丝（10cm长）；
四、实验步骤
（1）测定氧氮卡计和水的总热容量C
①样品压片：
压片前先检查压片用钢模，若发现钢模有铁锈油污或尘土等，必须擦净后，才能进行压片，用天平称取约0.5g苯甲酸，再用分析天平准确称取一根10cm长的铁丝质量，将铁线与样品放在一起压片，然后在分析天平上准确称重。
②装置氧弹、充氧气：
拧开氧弹盖，将氧弹壁擦净，特别是电极下端的不锈钢接线柱更应擦十净，将点火丝的两端分别绑紧在氧弹中的两根电极上，选紧氧弹盖，用万用表欧姆档检查两电极是否通路，使用高压钢瓶时必须严格遵守操作规则。
将氧弹放在充氧仪台架上，拉动板乎充入氧气，为了排除氧弹的空气，应反复充放三次。
③燃烧温度的测定：
将充好氧气后，再用万用表检查两电极间是否通路，若通路将氧弹放入量热计简。
往水桶倒入约3L自来水，装好搅拌轴，盖好盖子，将贝克曼温度计探头插入水中，此时用普通温度计读出水外筒水温和水桶的水温。
接好电极，盖上盖子，打开搅拌开关。
待温度温度稳定上升后，每个半分钟读取贝克曼温度计一次，连续记录5min，得到燃烧前的温度，此刻按下点火键，仍然半分钟读数记录一次，直到温度升到最高点开始下降后仍然记录5min作为燃烧结束后期温度，方可停止实验。
实验停止后，先取出贝克曼温度计，再取氧弹，旋松放气口排除废气。
称量剩余点火丝质量。
清洗氧弹部及坩埚。
（2）萘燃烧热QV的测定
①称取约0.5g的萘压片，重复上述实验步骤，记录燃烧过程中温度随时间变化的数据。
②最后倒去自来水，擦干铜水桶待下次实验用
五、实验记录及数据处理
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
-26460
pӨ,25℃
萘
-1231.8
-5153.8
-40205
pӨ,25℃
Cp，m（H2O,l）＝75.30J/mol•K
Cp，m（CO2,g）＝37.13J/mol•K
Cp，m（O2,g）＝29.36J/mol•K
Cp，m（苯甲酸,s）＝146.8J/mol•K
Cp，m（萘,s）＝142.2J/mol•K
Q点火丝=-6694.4J/g
实验原始数据：
（室温：
24.9℃）
表一
点火丝：
0.0133g
苯甲酸+点火丝（精测）：
0.5136g
点火后剩余：
0.0085g
苯甲酸净含量：
0.5025g
点火丝消耗质量：
0.0048g
时间/t（30s每次）
温度/T（℃）
时间/t（30s每次
温度/T（℃）
时间/t（30s每次）
温度/T（℃）
1
28.466
19
29.093
37
29.213
2
28.470
20
29.132
38
29.206
3
28.473
21
29.160
39
29.200
4
28.477
22
29.182
40
29.197
5
28.480
23
29.197
41
29.193
6
28.484
24
29.210
42
29.188
7
28.481
25
29.219
43
29.182
8
28.474
26
29.226
44
29.178
9
28.470
27
29.232
45
29.173
10
28.467
28
29.236
11
28.464
29
29.241
12
28.462
30
29.245
13
28.460
31
29.242
14
28.474
32
29.239
15
28.633
33
29.232
16
28.830
34
29.226
17
28.955
35
29.221
18
29.036
36
29.218
表二
点火丝：
0.0126g
萘+点火丝（精测）：
0.4857g
点火后剩余：
0.0072g
萘净含量：
0.4731g
点火丝消耗质量：
0.0054g
时间/t（30s每次）
温度/T（℃）
时间/t（30s每次
温度/T（℃）
时间/t（30s每次）
温度/T（℃）
1
28.315
19
29.666
37
29.725
2
28.390
20
29.677
38
29.724
3
28.432
21
29.686
39
29.723
4
28.456
22
29.694
40
29.722
5
28.457
23
29.700
41
29.721
6
28.461
24
29.704
42
29.720
7
28.546
25
29.710
43
29.719
8
28.727
26
29.713
44
29.718
9
28.962
27
29.716
10
29.163
28
29.719
11
29.321
29
29.721
12
29.427
30
29.723
13
29.499
31
29.725
14
29.550
32
29.726
15
29.580
33
29.727
16
29.613
34
29.728
17
29.634
35
29.727
18
29.651
36
29.726
①雷诺校正作图：
ΔT＝T2-T1=29.309-28.474=0.835
ΔT＝T2-T1=29.695-28.470=1.225
②计算卡计的热容C，并求出两次实验所得水当量的平均值。
苯甲酸的燃烧反应方程式为：
根据基尔霍夫定律：
∴ΔCp，m＝7×Cp，m（CO2,g）＋3×Cp，m（H2O,l）－Cp，m（苯甲酸,s）－
Cp，m（O2,g）
＝154.6805J/mol•K
∴当室温为24.9℃时苯甲酸的燃烧焓为：
△cHm（24.9℃）＝△cHm（25.0℃）+△Cp×△T
＝-3226.9＋154.6805×（25.0-24.9）×10-3
＝-3226.88kJ/mol
则：
苯甲酸的恒容摩尔燃烧热为：
QV＝△cUm＝△cHm－RT∑BVB（g）
＝-3226.88－8.314×298.05×（7－7.5）×10-3
＝-3228.12kJ/mol
又：
nQV＝-C△T-QV点火线·m点火线
∴苯甲酸燃烧的数据处理：
QV点火丝·m点火丝＝-6694.4×10-3×4.8×10-3＝-0.03213kJ
＝
＝15.946kJ/℃
③计算萘的恒容摩尔燃烧热QV，m
根据公式：
nQV＝-C△T-QV点火线·m点火线
则：
萘燃烧的数据处理：
QV点火丝·m点火丝＝-6694.4×10-3×5.4×10-3＝-0.03615kJ
QV，m＝（-C△T-QV点火线·m点火线）/n
＝
＝－5302.22kJ/mol
④求萘的恒压摩尔燃烧热Qp，m（即△cHm）
萘燃烧的化学方程式为：
，
根据基尔霍夫定律：
∴ΔCp，m＝10×Cp，m（CO2,g）＋4×Cp，m（H2O,l）－Cp，m（萘,s）－
12Cp，m（O2,g）
＝154.304J/mol•K
∴在24.9℃时萘的燃烧焓为：
△cHm（24.9℃）＝△cUm＋RT∑BVB（g）
＝－5302.22＋8.314×298.05×（－2）×10-3
＝－5307.176kJ/mol
⑤由基尔霍夫定律将△cHm（T）换成△cHm（298.15K），并与文献比较
△cHm（25.0℃）＝△cHm（24.9℃）＋△Cp×△T
＝－5307.176＋154.304×（25.0－24.9）×10-3
＝－5307.161kJ/mol
相对误差：
=2.97%
六、实验注意事项
1.样品压片不可太紧，否则，燃烧不充分。
2.装氧弹时，燃烧丝不能与坩埚壁有接触。
3.点火前和达到最高温度点后要保证足够的测温时间，取足测量数据。
4.实验停止后，一定要称取未燃烧完的残余点火丝的质量。
七、提问与思考
①什么是燃烧热？
它在化学计算中有何应用？
答：
在101kPa时，1mol可燃物完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热．单位为kJ/mol。
反应热中ΔH为负，则为放热反应；为正，则为吸热反应，燃烧热为反应热的一种，其ΔH为负值含相同碳原子数的烷烃异构体中，直链烷烃的燃烧热最大，支链越多燃烧热越小。
②什么是卡计和水的热当量？
如何测得？
答：
卡计和水当量就是量热仪筒水温每升高一度所吸收的热量（即量热计的热容量）。
单位是：
焦耳/度
测法：
用已知燃烧焓的物质（如本实验用的苯甲酸），放在量热计中燃烧，测量其始、末温度，经雷诺校正后，按下式：
即可求出。
③测量燃烧热两个关键要什么？
如何保证达到这两个要求？
答：
实验关键：
点火成功、试样完全燃烧是实验成败关键，可以考虑以下几项技术措施：
（1）试样应进行磨细、烘干、干燥器恒重等前处理，潮湿样品不易燃烧且有误差。
压片紧实度：
一般硬到表面有较细密的光洁度，棱角无粗粒，使能燃烧又不至于引起爆炸性燃烧残剩黑糊等状。
（2）点火丝与电极接触电阻要尽可能小，注意电极松动和铁丝碰杯短路问题。
（3）充足氧（2MPa）并保证氧弹不漏氧，保证充分燃烧。
燃烧不完全，还时常形
成灰白相间如散棉絮状。
（4）注意点火前才将二电极插上氧弹再按点火钮，否则因仪器未设互锁功能，极易发生（按搅拌钮或置0时）误点火，样品先已燃烧的事故。
④实验测量到的温度差值为何要经过雷诺作图法校正，还有哪些误差来源会影响测量的结果？
答：
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温度校正图校正。
还可能带来误差的可能有：
（1）实验过程中的系统误差；
（2）可能与当天的温度和气压有关；（3）样品可能受潮使称量时产生误差；（4）样品可能中可能含有杂质。
⑤通过燃烧热测定实验，能否自己设计实验，利用数据来判断煤、柴油、天然气哪个热值最大？
答：
液体样品燃烧热的测定方法：
取一只预先称好重量的玻璃小球直径约, 用注射器将样品装进小球, 再在煤气灯上把小球的玻璃管口封死。
玻璃小球在装样前后重量之差就是液体样品的重量。
再取一片预先压好的带有点火丝的标准样品如苯甲酸, 称重后系在氧弹的点火电极上, 将装好样品的玻璃小球放在此样品片下面如图所示, 充氧气后,点火, 标准样品先燃烧, 放出的热使玻璃小球裂开, 此才液体样品被点燃, 并在氧气中完全燃烧。
其余操作方法与固体样品燃烧热的测定基本类似。
此时, 氧弹中样品燃烧放出的热量为固体标准样品、液体样品以及点火丝燃烧放热之总和。
基于固标准样品及点火丝的燃烧热是已知的, 所以很容易计算出液体样品的燃烧热。
另外, 在计算样品的燃烧热时, 应考虑到玻璃球本身的热容量。
八、参考文献
[1]何广平，南俊民，艳辉等.物理化学实验[M].：
化学工业，2007.67-71
[2] 本才,秀成,王玉峰等.用MicrosoftExcel处理氧弹法燃烧热的实验数据[J].计算机与应用化学，2008,25（10）：
1243-1246.
[3] 傅献彩，文霞，天扬等.物理化学上册（第五版）[M].：
高等教育，2005.
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