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.用氧弹热量计测定肉桂酸的燃烧热，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p，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.与Q间存在以下关系：(2-2-1)AH=U+(V)(2-2-2)Op=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·ATQv=(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. 用氧弹热量计测定肉桂酸的燃烧热，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、2-2-2、2-2-3、2-2-4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2-2-4），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SHR-15B氧弹式热量计（图2-2-1、2-2-2、2-2-3），氧气钢瓶和氧气表（图2-2-6），电子天平，氧弹盖支撑架，充氧器，台秤，压片机，万用表，容量瓶（1000ml），燃烧丝（镍铬丝）等。苯甲酸（A.R.），肉桂酸（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，每套仪器加上内筒内水量的能当量并不一样，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为一3227.5kJ-mol-1（298.15K，101.325KPa），本实验所用镍铬丝的燃烧热为：一38.65J-mg-l。1211109SHR-15B燃烧热实验装置心测量4保持L锁定温差显示(C）温度显示(C)定时显示(秒）1433C测量采零日锁定A0保制电源开关搅拌开关点火按键22C图2-2-1（仪器前面板示意图）外筒加水口传感器插引O-15简盖提@飞筒盖插销16搅拌电机?手动搅拌1920图2-2-2（仪器顶面板示意图）
的构造如图 2-2-1、2-2-2、2-2-3、2-2-4 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 2-2-4），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 SHR-15B 氧弹式热量计（图 2-2-1、2-2-2、2-2-3），氧气钢瓶和氧气表（图 2-2-6），电子天 平，氧弹盖支撑架，充氧器，台秤，压片机，万用表，容量瓶（1000ml），燃烧丝（镍铬丝） 等。 苯甲酸（A.R.），肉桂酸（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，每套仪器加上内筒内水量的能当量 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 kJmol−1（298.15 K，101.325 KPa），本实验所用镍铬丝的燃烧热为：－38.65 Jmg −1。 图 2-2-1（仪器前面板示意图） 图 2-2-2（仪器顶面板示意图）
传感园US接口安220V图2-2-3（仪器后面板示意图）传感赔内孔E外服加水口控制至板手动模持带电视电极线插电传岗自动提拌器机弹机冲雪定菜图2-2-4（实验装置接线示意图）进、放气阀门电极插孔弹盖电极埚架图2-2-5（氧弹结构图）1.1将量热计与～220V电源相接，开启电源开关，进行预热。1.2取一根镍铬丝，在电子天平上准确称重，并记录mo（丝）1.3样品压片在台秤上称1.0g左右苯甲酸，于压片机中压成片状（不能压太紧，太紧点火后不能
图 2-2-3（仪器后面板示意图） 图 2-2-4（实验装置接线示意图） 图 2-2-5（氧弹结构图） 1.1 将量热计与～220V 电源相接，开启电源开关，进行预热。 1.2 取一根镍铬丝，在电子天平上准确称重，并记录 m0 (丝) 1.3 样品压片 在台秤上称 1.0g 左右苯甲酸，于压片机中压成片状（不能压太紧，太紧点火后不能
充分燃烧）。再在电子天平上准确称重，并记录m（样品）。1.4装样旋开氧弹盖，放其支撑架上，将样品片放入架上的内，见（图2-2-5）。1.5将镍铬丝整理呈“U”字形，其两端挂于氧弹盖两电极上，“U”字中间最低点紧贴样品片。测量两电极间电阻，应为6-8欧姆。若大于20欧姆，则检查两电极间镍铬丝是否固定牢固。将装好样品和镍铬丝的氧弹盖放入氧弹内，旋紧氧弹盖。1.6氧弹内充氧将氧气钢瓶的导管与充氧机接通（图2-2-6）。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，打开钢瓶阀门开关，此时第一压力表（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1.8~2.0MPa，就可完成氧弹充氧。美NE脉歌颜瓶研炎LE塑图2-2-6氧气钢瓶及氧气表1.7装置连接按图2-2-4将内筒上的电极线插头插入氧弹头电极插孔，用容量瓶量取3L自来水加入内筒，盖上盖子，（注意：搅拌器不要与弹头相碰），将筒盖上的插销插好，插销压在筒盖上，此时点火指示灯亮，同时将传感器从外筒水中取出，插入内筒水中。如果点火指示灯不亮，则表示电极回路没接好，检查原因。1.8测量
充分燃烧）。再在电子天平上准确称重，并记录 m1 (样品)。 1.4 装样 旋开氧弹盖，放其支撑架上，将样品片放入坩埚架上的坩埚内，见（图 2-2-5）。 1.5 将镍铬丝整理呈“U”字形，其两端挂于氧弹盖两电极上，“U”字中间最低点紧 贴样品片。测量两电极间电阻，应为 6-8 欧姆。若大于 20 欧姆，则检查两电极间镍铬丝是 否固定牢固。将装好样品和镍铬丝的氧弹盖放入氧弹内，旋紧氧弹盖。 1.6 氧弹内充氧 将氧气钢瓶的导管与充氧机接通（图 2-2-6）。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，打开钢瓶阀门开关，此时第一压力表（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 1.8~2.0 MPa，就可完成氧弹充氧。 图 2-2-6 氧气钢瓶及氧气表 1.7 装置连接 按图 2-2-4 将内筒上的电极线插头插入氧弹头电极插孔，用容量瓶量取 3L 自来水加入 内筒，盖上盖子，（注意：搅拌器不要与弹头相碰），将筒盖上的插销插好，插销压在筒盖 上，此时点火指示灯亮，同时将传感器从外筒水中取出，插入内筒水中。 如果点火指示灯 不亮，则表示电极回路没接好，检查原因。 1.8 测量
开启搅拌开关，搅拌指示灯亮，进行搅拌。待水温基本稳定后，按采零键后，再按锁定键，锁定指示灯亮，开始测量，记录初期温度，当定时值到零时，蜂鸣器鸣响，保持指示灯亮，此时显示数值保持不变，记录一次温差值（精确至土0.002℃），直至连续10次水温有规律微小变化。按下点火按钮，此时点火指示灯灭，停顿一会点火指示灯又亮，直到燃烧丝烧断，点火指示灯熄灭。氧弹内样品燃烧后，水温很快上升，点火成功。记录主期温度，连续记录温差值，直至两次读数差值小于0.005℃，再记录末期温度，连续记录温差值（精确至土0.002℃），记录约10个点，实验结束。注意：水温没有上升，说明点火失败，应关闭电源，取出氧弹，放出氧气，仔细检查燃烧丝及连接线，找出原因并排除1.9实验结束整理将内筒中传感器取出，放入外筒中，打开插销，拨出插入氧弹头电极线插头（注意：拨线时捏住插头前部拨，不要拉电极线），取出氧弹。放掉氧弹内气体，逆时针旋开氧弹盖，放于其支撑架上，观察氧弹内样品燃烧结果。若氧弹内没有燃烧残渣，表明都已燃烧完全；若有黑色残渣，表明燃烧不完全，则重做该实验。若燃烧完全，则取下挂在两电极上的残余燃烧丝，称其质量，并记录m2（剩余丝）。用止血钳夹住纸巾擦干氧弹内、外壁及内、外盖子上的水，倒去内桶中的水，用抹布擦干内桶，待下次实验用。特别是氧弹两电极上的凝结水一定要擦干，否则，燃烧第二个样品时，会导致点火不成功！2.测定肉桂酸的燃烧热称取约0.8g肉桂酸，重复上述步骤进行实验测定。五、实验数据记录和处理1.将实验所测量数据记录于表2-2-1与表2-2-2中。表 2-2-1 样品和镍铬丝的质量记录m(样品)称量物品mo(丝)m2(剩余丝)mo-m2（消耗丝）质量/g表2-2-2样品燃烧数据记录表测定过程温度/℃
开启搅拌开关，搅拌指示灯亮，进行搅拌。待水温基本稳定后，按采零键后，再按锁定 键，锁定指示灯亮，开始测量，记录初期温度，当定时值到零时，蜂鸣器鸣响，保持指示灯 亮，此时显示数值保持不变，记录一次温差值（精确至±0.002℃），直至连续 10 次水温有 规律微小变化。 按下点火按钮，此时点火指示灯灭，停顿一会点火指示灯又亮，直到燃烧丝烧断，点火 指示灯熄灭。氧弹内样品燃烧后，水温很快上升，点火成功。记录主期温度，连续记录温差 值，直至两次读数差值小于 0.005℃，再记录末期温度，连续记录温差值（精确至±0.002℃）， 记录约 10 个点，实验结束。 注意：水温没有上升，说明点火失败，应关闭电源，取出氧弹，放出氧气，仔细检查燃 烧丝及连接线，找出原因并排除。 1.9 实验结束整理 将内筒中传感器取出，放入外筒中,打开插销，拨出插入氧弹头电极线插头（注意：拔线 时捏住插头前部拔，不要拉电极线），取出氧弹。放掉氧弹内气体，逆时针旋开氧弹盖，放 于其支撑架上，观察氧弹内样品燃烧结果。若氧弹内没有燃烧残渣，表明都已燃烧完全；若 有黑色残渣，表明燃烧不完全，则重做该实验。若燃烧完全，则取下挂在两电极上的残余燃 烧丝，称其质量，并记录 m2 (剩余丝)。 用止血钳夹住纸巾擦干氧弹内、外壁及内、外盖子上的水，倒去内桶中的水，用抹布擦 干内桶，待下次实验用。特别是氧弹两电极上的凝结水一定要擦干，否则，燃烧第二个样品 时，会导致点火不成功！ 2. 测定肉桂酸的燃烧热 称取约 0.8 g 肉桂酸，重复上述步骤进行实验测定。 五、实验数据记录和处理 1. 将实验所测量数据记录于表 2-2-1 与表 2-2-2 中。 表 2-2-1 样品和镍铬丝的质量记录 称量物品 m0 (丝) m1 (样品) m2 (剩余丝) m0－m2 (消耗丝) 质量/g 表 2-2-2 样品燃烧数据记录表 测定过程 温度/℃