实验2燃烧热的测定一、实验目的1.了解氧弹热量计的原理、构造及其使用方法，掌握有关热化学实验的一般知识和测量技术。2.用氧弹热量计测定水杨酸的燃烧热，明确燃烧热的定义，理解恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别及相互关系。3.掌握雷诺（Renolds）图解法校正温度改变值。4.掌握高压钢瓶的有关知识并能正确使用。二、实验原理物质的燃烧热是指1摩尔该物质完全氧化时的反应热，是热化学中重要的基本数据。燃烧热可分为恒容燃烧热和恒压燃烧热。一般化学反应的热效应，往往因为反应太慢、反应不完全或有副反应发生，从而不能直接测量或难以测准。但是，根据盖斯定律，许多化学反应的热效应可以用已知的燃烧热数据间接求算。因此，燃烧热广泛地用于各种热化学的计算中。量热法是热力学的一种基本实验方法。物质的燃烧热一般用氧弹式热量计测定，直接得到恒容燃烧热。在恒容或恒压条件下可以分别测得恒容燃烧热Q和恒压燃烧热Op。由热力学第一定律可知，燃烧时体系状态发生变化，体系内能改变。若燃烧在恒容条件下进行，体系对外不作功，则Qv等于体系内能的变化AU。一般燃烧热是指恒压燃烧热，等于体系的变化。若把参加反应的气体和反应生成的气体都视作理想气体处理，则Q.与Q间存在以下关系：(2-2-1)AH=△U+(pV)(2-2-2)O,=Q+An(g)RT式（2-2-2）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为摩尔气体常数：T为反应时的热力学温度。燃烧热是温度的函数，但通常燃烧热随温度的变化不是很大，在较小的温度范围内可视为常数。在盛有定量水的容器中，放入内装有一定质量的样品和氧气的密闭氧弹，然后使样品完全燃烧，放出的热量通过氧弹传给水及仪器，引起温度升高。氧弹热量计的基本原理是能量守恒定律。测量介质在燃烧前后温度的变化值，则可得到该样品的恒容燃烧热。M.K·ATOy=(2-2-3)m式中，M为样品的摩尔质量，m为样品的质量，K为热量计的能当量，即样品燃烧放热使热量计体系（包括氧弹、盛水桶、水等）温度每升高1K（或1℃）所需吸收的能量。热量计能当量的求法是用已知燃烧热的物质（本实验用苯甲酸）放在热量计中燃烧，测定其燃烧前后的温度变化值。一般对不同样品，只要每次的水量相同，热量计的能当量就是定值。在实际测量中，燃烧丝的燃烧热等因素都要考虑。热化学实验常用的热量计有环境恒温式热量计和绝热式热量计两种。环境恒温式热量计
实验 2 燃烧热的测定 一、实验目的 1. 了解氧弹热量计的原理、构造及其使用方法，掌握有关热化学实验的一般知识和测 量技术。 2. 用氧弹热量计测定水杨酸的燃烧热，明确燃烧热的定义，理解恒压燃烧热与恒容燃 烧热的差别及相互关系。 3. 掌握雷诺（Renolds）图解法校正温度改变值。 4. 掌握高压钢瓶的有关知识并能正确使用。 二、实验原理 物质的燃烧热是指 1 摩尔该物质完全氧化时的反应热，是热化学中重要的基本数据。 燃烧热可分为恒容燃烧热和恒压燃烧热。一般化学反应的热效应，往往因为反应太慢、反应 不完全或有副反应发生，从而不能直接测量或难以测准。但是，根据盖斯定律，许多化学反 应的热效应可以用已知的燃烧热数据间接求算。因此，燃烧热广泛地用于各种热化学的计算 中。量热法是热力学的一种基本实验方法。物质的燃烧热一般用氧弹式热量计测定，直接得 到恒容燃烧热。 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，燃烧时体系状态发生变化，体系内能改变。若燃烧在恒容条件下进行，体系对外不 作功，则 Qv等于体系内能的变化U。一般燃烧热是指恒压燃烧热 Qp，等于体系焓的变化。 若把参加反应的气体和反应生成的气体都视作理想气体处理，则 Qp与 Qv 间存在以下关系： H = U + ( pV ) （2-2-1） Qp = Qv + n(g)RT （2-2-2） 式（2-2-2）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 为摩尔气体常数；T 为反应时的热力学温度。 燃烧热是温度的函数，但通常燃烧热随温度的变化不是很大，在较小的温度范围内可视 为常数。 在盛有定量水的容器中，放入内装有一定质量的样品和氧气的密闭氧弹，然后使样品完 全燃烧，放出的热量通过氧弹传给水及仪器，引起温度升高。氧弹热量计的基本原理是能量 守恒定律。测量介质在燃烧前后温度的变化值，则可得到该样品的恒容燃烧热。 K T m M QV （2-2-3） 式中，M 为样品的摩尔质量，m 为样品的质量，K 为热量计的能当量，即样品燃烧放热使热 量计体系（包括氧弹、盛水桶、水等）温度每升高 1 K（或 1℃）所需吸收的能量。 热量计能当量的求法是用已知燃烧热的物质（本实验用苯甲酸）放在热量计中燃烧，测 定其燃烧前后的温度变化值。一般对不同样品，只要每次的水量相同，热量计的能当量就是 定值。在实际测量中，燃烧丝的燃烧热等因素都要考虑。 热化学实验常用的热量计有环境恒温式热量计和绝热式热量计两种。环境恒温式热量计
的构造如图2-2-1所示。由图可知，环境恒温式热量计的最外层是贮满水的外筒（图2-2-1），当氧弹中的样品开始燃烧时，内筒与外筒之间有少许热交换，因此不能直接测出初温和最高温度，需要由温度-时间曲线（即雷诺曲线）进行校正确定。三、实验仪器和试剂HR-15S氧弹式热量计（图2-2-1），氧气钢瓶和氧气表（图2-2-2），电子天平，台秤，压片机，万用表，容量瓶（1000ml），燃烧丝（镍铬丝）。苯甲酸（A.R.)，水杨酸（A.R.）。四、实验步骤1.热量计能当量的测定测定物质的燃烧热需要知道所用热量计的热能当量，每套仪器的能当量并不一样，须事先测定。热量计的能当量通常用苯甲酸来测定，苯甲酸的燃烧热9，为一3227.5kJ-moll（298.15K，101.325KPa），本实验所用镍铬丝的燃烧热为：一1.400kJg-。OOODDDDOaOODOODHR-15S图2-2-1HR-15S氧弹式热量计1.1试样准备1.1.1取一根镍铬丝，准确称取质量，并记录mo（丝)。将镍铬丝中间部分绕5~6个螺纹成弹簧状，使螺纹两端剩余的金属丝长度几乎相等，之后轻轻将螺纹拉开，并使每个螺纹之间保持一定距离，再将拉开的螺纹往上拉成拱形备用，形如电灯泡的灯丝
的构造如图 2-2-1 所示。由图可知，环境恒温式热量计的最外层是贮满水的外筒（图 2-2-1）， 当氧弹中的样品开始燃烧时，内筒与外筒之间有少许热交换，因此不能直接测出初温和最高 温度，需要由温度-时间曲线（即雷诺曲线）进行校正确定。 三、实验仪器和试剂 HR-15S 氧弹式热量计（图 2-2-1），氧气钢瓶和氧气表（图 2-2-2），电子天平，台秤，压 片机，万用表，容量瓶（1000ml），燃烧丝（镍铬丝）。 苯甲酸（A.R.），水杨酸（A.R.）。 四、实验步骤 1. 热量计能当量的测定 测定物质的燃烧热需要知道所用热量计的热能当量，每套仪器的能当量并不一样，须事 先测定。热量计的能当量通常用苯甲酸来测定，苯甲酸的燃烧热 Qp 为－3227.5 kJmol1 （298.15 K，101.325 KPa），本实验所用镍铬丝的燃烧热为：－1.400 kJ g 1。 图 2-2-1 HR-15S 氧弹式热量计 1.1 试样准备 1.1.1 取一根镍铬丝，准确称取质量，并记录 m0 (丝)。将镍铬丝中间部分绕 5~6 个螺纹成 弹簧状，使螺纹两端剩余的金属丝长度几乎相等，之后轻轻将螺纹拉开，并使每个螺纹之间 保持一定距离,再将拉开的螺纹往上拉成拱形备用，形如电灯泡的灯丝
1.1.2将以上处理好的镍铬丝两端分别从垫片（见图2-2-4）正面穿过两小孔到反面，并使拱形弹簧状部分镍铬丝保留在垫片的正面，其高度为1cm，垫片反面的镍铬丝则隐藏在反面的凹槽里，并向垫片外缘伸出，再将垫片放置于压片机（见图2-2-3)的盛药器血下端。P122图2-2-3压片机示意图图2-2-4压片机垫片示意图1-螺杆：2-盛药器血：3-压片机垫片：4-手柄：1-垫片上小孔：2-垫片上凹槽5-盛药器皿固定板：6-盛药器皿底座：7-压片机底座1.1.3将盛药器皿放置于压片机的底座上，向盛药器血内装入约1克（粗称）待测样品，慢慢移动底座至盛药器皿上端凹槽处，且刚好卡在其固定板上为止。在保证镍铬丝从垫片凹槽里伸出的条件下，左手护好盛药器皿和固定板，右手顺时针转动手柄至转不动为止，稍停片刻（约10秒左右），这时螺杆下降，并挤压待测物质，使待测物质形成较紧密的块状物：之后逆时针转动手柄至松动为止，移开盛药器皿底座，使垫片落下：再顺时针转动手柄至螺杆顶出药片为止：用洗耳球吹掉药片表面的松散药粉，在电子天平上准确称量药片和镍铬丝的质量，并记录m(丝+样品)。1.1.4将药片两端镍铬丝小心地悬挂在两电极上，药品放置在燃烧皿中。将氧弹盖子旋开，并放置在氧弹盖支撑架上，再分别轻轻抬起两电极上小铁环，将药片两端的镍铬丝通过电极凹槽挂、卡在两电极上，往下移动小铁环直至压紧镍铬丝为止（注意：不要使镍铬丝与燃烧血和氧弹的内壁相接触，以免短路，导致点火不成功），最后，旋紧氧弹盖子。(如图2-2-14)1.2氧弹内充氧
1.1.2 将以上处理好的镍铬丝两端分别从垫片（见图 2-2-4）正面穿过两小孔到反面，并 使拱形弹簧状部分镍铬丝保留在垫片的正面，其高度为 1 cm，垫片反面的镍铬丝则隐藏在 反面的凹槽里，并向垫片外缘伸出，再将垫片放置于压片机(见图 2-2-3)的盛药器皿下端。 图 2-2-3 压片机示意图 图 2-2-4 压片机垫片示意图 1-螺杆；2-盛药器皿；3-压片机垫片；4-手柄； 1-垫片上小孔；2-垫片上凹槽 5-盛药器皿固定板；6-盛药器皿底座；7-压片机底座 1.1.3 将盛药器皿放置于压片机的底座上，向盛药器皿内装入约 1 克（粗称）待测样品， 慢慢移动底座至盛药器皿上端凹槽处，且刚好卡在其固定板上为止。在保证镍铬丝从垫片凹 槽里伸出的条件下，左手护好盛药器皿和固定板，右手顺时针转动手柄至转不动为止，稍停 片刻（约 10 秒左右），这时螺杆下降，并挤压待测物质，使待测物质形成较紧密的块状物； 之后逆时针转动手柄至松动为止，移开盛药器皿底座，使垫片落下；再顺时针转动手柄至螺 杆顶出药片为止；用洗耳球吹掉药片表面的松散药粉，在电子天平上准确称量药片和镍铬丝 的质量，并记录 m1 (丝+样品)。 1.1.4 将药片两端镍铬丝小心地悬挂在两电极上，药品放置在燃烧皿中。将氧弹盖子旋 开，并放置在氧弹盖支撑架上，再分别轻轻抬起两电极上小铁环，将药片两端的镍铬丝通过 电极凹槽挂、卡在两电极上，往下移动小铁环直至压紧镍铬丝为止（注意：不要使镍铬丝与 燃烧皿和氧弹的内壁相接触，以免短路，导致点火不成功），最后，旋紧氧弹盖子。 (如图 2-2-14） 1.2 氧弹内充氧
锦必服力昕力装调板手氛瓶开美物入加装维服图2-2-2氧气钢瓶及氧气表将氧气钢瓶的导管与充氧机接通（见图2-2-2）。当充氧器插入氧弹充氧嘴，确认完全卡住后，即可确认减压阀关闭后，打开钢瓶顶端阀门，至第一压力表（反映钢瓶内部压力）的指针在1~15MPa之间；然后渐渐紧减压阀门（实际上是打开减压阀）直到第二压力表指示在2.0MPa，就可完成氧弹充氧。具体充氧操作如下1.2.1用食指和中指夹住充氧器的拉环向上拉到由图2-4-3到图2-4-4的位置。1.2.2将充氧器插入氧弹充氧嘴由图2-4-5到2-4-6。松开食指和中指让充氧器的拉环向下降至图2-4-7位置。左手握住氧弹右手拉住充氧器的表头向上拉直到"味"的一声，见（图2-4-8），表示充氧器内的弹球已卡住氧弹充氧嘴。如果右手拉住充氧器的表头向上拉，把充氧器拉出了氧弹充氧嘴，则重新按图2-2-3到图2-2-8操作。1.2.3保持在图2-2-8状态，并按下充氧器中带有"开”字的按钮，即给氧弹充氧，如图2-4-9，充氧时间30秒左右，至到充氧器上压力表显示2.0MPa为止，按下充氧器中带有"关"字按钮，即停止给氧弹充氧，见图2-4-10，充氧结束。（注意：此时应先关闭氧气瓶总开关，再关闭减压阀开关，才可以取下充氧器）。1.2.4充氧结束后，用右手的食指和中指夹住充氧器的拉环，把拉环拉至（图2-4-11）的位置。把拉环拉至（图2-4-11）的位置后左手握住氧弹右手把充氧器拔出氧弹充氧嘴，如：（图2-4-12）。最后，按下充氧器中带有"开"字的按钮，放掉管线内剩余氧气，将充氧器垂直放置在工作台上，整个氧弹充氧操作结束
图 2-2-2 氧气钢瓶及氧气表 将氧气钢瓶的导管与充氧机接通（见图 2-2-2）。当充氧器插入氧弹充氧嘴，确认完全卡 住后，即可确认减压阀关闭后，打开钢瓶顶端阀门，至第一压力表（反映钢瓶内部压力）的 指针在 115 MPa 之间；然后渐渐拧紧减压阀门（实际上是打开减压阀）直到第二压力表指 示在 2.0 MPa，就可完成氧弹充氧。具体充氧操作如下 1.2.1 用食指和中指夹住充氧器的拉环向上拉到由图 2-4-3 到图 2-4-4 的位置。 1.2.2 将充氧器插入氧弹充氧嘴由图 2-4-5 到 2-4-6。松开食指和中指让充氧器的拉环向下 降至图 2-4-7 位置。左手握住氧弹右手拉住充氧器 的表头向上拉直到’'咔〃的一声，见（图 2-4-8），表示充氧器内的弹球已卡住氧弹充氧嘴。如果右手拉住充氧器的表头向上拉，把充 氧器拉出了氧弹充氧嘴，则重新按图 2-2-3 到图 2-2-8 操作。 1.2.3 保持在图 2-2-8 状态，并按下充氧器中带有〃开〃字的按钮，即给氧弹充氧，如图 2-4-9，充氧时间 30 秒左右，至到充氧器上压力表显示 2.0 MPa 为止，按下充氧器中带有〃 关〃字按钮，即停止给氧弹充氧，见图 2-4-10，充氧结束。（注意：此时应先关闭氧气瓶总 开关，再关闭减压阀开关，才可以取下充氧器）。 1.2.4 充氧结束后，用右手的食指和中指夹住充氧器的拉环，把拉环拉至 （图 2-4-11） 的位置。把拉环拉至（图 2-4-11）的位置后左手握住氧弹右手把充氧器拔出氧弹充氧嘴，如： （图 2-4-12）。最后，按下充氧器中带有〃开〃字的按钮，放掉管线内剩余氧气，将充氧器 垂直放置在工作台上，整个氧弹充氧操作结束
图2-2-3图2-2-4图2-2-5图2-2-6图2-2-7图2-2-8
图 图 2-2-3 图 2-2-4 图 2-2-5 图 2-2-6 图 2-2-7 图 2-2-8