内容发布更新时间 : 2024/5/5 16:11:26星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

实验一 燃烧热的测定

实验目的

1、通过萘的燃烧热的测定，了解氧弹式量热计各主要部件的作用，掌握燃烧热的测定技术。

２、了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别及相互关系。 ３、学会应用图解法校正温度改变值。 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（QV），恒容燃烧热等于个过程的内能变化（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焓变（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：

QP = QV + ΔnRT （8-7）

式中：Δn为产物与反应物中气体物质的量之差；R为气体常数；T为反应的热力学温度。若测得某物质恒容燃烧热或恒压燃烧热中的任何一个，就可根据式计算另一个数据。必须指出，化学反应的热效应（包括燃烧热）通常是用恒压热效应（ΔH）来表示的。

测量化学反应热的仪器称为量热计。本实验采用氧弹式量热计测量萘的燃烧热，氧弹卡计的示意图为图8-7。由于用氧弹卡计测定物质的燃烧热是在恒容条件下进行的，所以测得的为恒容燃烧热（QV）。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。通过测定燃烧前后卡计（包括氧弹周围介质）温度的变化值，就可以求算出该样品的燃烧热。其关系式如下： QV·m/Mr =W卡ΔＴ－Ｑ点火丝·m点火丝 （8-8） 式中：m为待测物质的质量（g）；Mr为待测物质的相对分子质量；QV为待测物质的摩尔燃烧热；Ｑ点火丝为点火丝的燃烧热（如果点火丝用铁丝，则Ｑ点火丝＝6.694 kJ·g-1）；m点火丝为点火丝的质量；ΔＴ为样品燃烧前后量热计温度的变化值；W卡为量热计（包括量热计中的水）的水当量，它表示量热计（包括介质）每升高一度所需要吸收的热量，量热计的水当量可以通过已知燃烧热的标准物（如苯甲酸，它的恒容燃烧热QV＝26.460 kJ·g-1）来标定。已知量热计的水当量以后，就可以利用式（2），通过实验测定其他物质的燃烧热。

氧弹是一个特制的不锈钢容器（如图8-8所示）。为了保证样品在其中完全燃烧，氧弹中应充以高压氧气（或者其他氧化剂），因此要求氧弹密封、耐高压、抗腐蚀。测定粉末样品时必须将样品压成片状，以免充气时冲散样品或者在燃烧时飞散开来，造成实验误差。本实验成功的首要关键是样品必须完全燃烧。其次，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。为了做到这一点，量热计的设计制造上采取了几项措施，例如在量热计外面设置一个套壳，此套壳有些是恒温的，有些是绝热的，因此量热计又可分为外壳恒温量热计和绝热量热计二种。本实验采用外壳恒温量热计。加外，量热计壁高度抛光，这是为了减少热辐射。量热计和套壳间设置一层挡屏，以减少空气的对流。

图8-7 氧弹卡计安装示意图 图8-8 氧弹的构造

1-贝克曼温度计 2-恒温夹套 3-盛水桶 1-电极2-排气口3-弹盖4-螺帽5-火焰遮板 4-氧弹 5-搅拌器 6-燃烧皿 7-耐压钢桶 8-电极 9-进气管

但是，热量的散失仍无法完全避免，这可以是由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，校正的方法如下。

图8-9 绝热较差时温度校正图 图8-10绝热良好时温度校正图

当一定量待测物质燃烧后，使卡计中的水温升高1.5～2.0℃。将燃烧前后历次观测到的水温记录下来，并作图（如图8-9），联成abcd线。图中b点相当于开始燃烧之点， c点为观测到的最高温度读数点，由于量热计和外界的热量交换，曲线ab及cd常常发生倾斜。取b点所对应的温度T1，c点所对应的温度T2，其平均温度(T1+T2)/2为T，经过T点作横坐标的平行线TO，与折线abcd相交于O点，然后过O点作垂直线AB，此线与ab线和cd线的延长线交于E、F两点，则E点和F点所表示的温度即为欲求温度的升高值ΔT。如图8-9所示，EE1表示环境辐射进来的热量所造成量热计温度的升高，这部分是必须扣除的；而FF1表示量热计向环境辐射出热量而造成量热计温度的降低，因此这部分是必须加入的。经过这

样校正后的温度差表示了由于样品燃烧使量热计温度升高的数值。

有时量热计的绝热情况良好，热量散失较少，而搅拌器的功率又比较大，这样往往不断引进少量热量，使得燃烧后的温度最高点不明显出现（如图8-10），这种情况下ΔT仍然可以按照同法进行校正。必须注意，应用这种作图法进行校正时量热计的温度和外界环境的温度不宜相差太大（最好不超过2～3℃），否则会引进误差。同时，在测量燃烧热过程中，对量热计温度测量的准确性直接影响到燃烧热测定的结果，所以本实验采用贝克曼温度计来测量量热计的温度变化值。（苯甲酸燃烧热-3226.9 kJ·mol-1，萘燃烧热5153.9 kJ·mol-1）

仪器材料和试剂药品

仪器材料：氧弹量热计 1台；贝克曼温度计 1支；容量瓶（1000ml）1支；氧气钢瓶及减压阀1只；点火丝1卷；压片机 1台；温度计（0～100℃）1只；万用电表1只；

试剂药品：萘（A.R）适量；苯甲酸(A.R)适量。 实验内容

1、水当量的测定 测定燃烧热要用到仪器的热容、但每套仪器的热容不一样，须事先测定。所谓水当量，就是用水的质量表示仪器的热容。例如，使仪器升高1℃，需热1912J(457cal)。则仪器的水当量即为457g。

测定水当量的方法是以定量的、已知燃烧热的标准物质完全燃烧，放出热量q，使仪器温度升高Δt℃，则水当量为q/Δt℃。

（1） 样品的压片 取一段长约15厘米的点火丝，用分析天平准确称重，记下质量W1。按图8-11中1图所示将点火丝穿在钢模的底板内，然后将钢模底板装进模子中，从上面倒入苯甲酸样品约0.8～1.0克，徐徐旋紧压片机的螺杆，直到将样品压成片状为止。抽去模底的托板，再继续向下压，使模底和样品一起脱落。压好的样品形状如图8-11中3所示，将此样品表面的碎悄除去，用分析天平准确称重，记下质量。W-W1既为样品重。

图8-11 1、点火丝穿入底版2、压片机3、压好的样品 图8-12 氧气钢瓶及减压阀

（2） 装置氧弹 拧开氧弹盖，将氧弹内壁，特别是电极下端的不锈钢接线柱擦干净。挂上燃烧皿，小心地将压好的样品的点火丝的两端分别紧绕在两个电极的下端。在氧弹中加入0.5ml蒸馏水。旋紧氧弹盖，用万用表检查两电极是否通路。若通路，则旋紧氧弹的出气口后就可以充氧气了。按图连好氧气钢瓶和氧气表，并用高压铜线管与氧弹的进气口相连接。打开氧气钢瓶上端的氧气出口阀，此时表1所指示的压力即为氧气瓶中的氧气压力。然后旋紧减压阀上的螺杆，使表2上的压力读数约为20atm。旋松减压阀的螺杆，此时氧弹中约充有20atm的氧气。取下氧弹，关闭氧气瓶上端的阀门，旋紧减压阀上的螺杆，放掉管道和氧气表中的余气。

（3） 燃烧和测量温度 将充好氧气的氧弹再用万用电表检查两电极间是否仍为通路。若线路不通，需放去氧气重新系紧点火丝；若是通路，则可把氧弹放入量热计的盛水筒内。用容量瓶准确量取低于环境温度为l℃的自来水3000毫升，顺筒壁小心倒入内筒，插上点火

电极的电线。盖好盖子，将已调节好的贝克曼温度计插入水中（使用见实验七十六），待温度稳定上升后，打开秒表计时，每隔一分钟读一次贝克曼温度计的度数（用放大镜准确读至千分之一度），这样继续10分钟（相当于图中8-10ab段），迅速合上点火开关进行通电点火，若点火器上指示灯亮后熄灭，温度迅速上升，这表示氧弹内样品已燃烧。若指示灯亮后不熄灭，表示点火丝没有烧断，应立即加大电流引发燃烧。若指示灯根本不亮或虽加大电流也不熄灭，而且温度未见迅速上升，则表示点火不成功，此时需打开氧弹检查原因。从合上点火开关后，读数改为每隔30秒一次（图中8-10bc段），约一分钟内温度迅速上升，当温度升到最高点后，读数可改为一分钟一次，继续记录温度10分钟（图中8-10cd段）。

实验停止后，小心取下贝克曼温度计，取出氧弹，打开出气口，放出余气。打开弹盖，检查样品燃烧情况，如果氧弹中没有未燃尽的样品，表示燃烧完全，取下未燃尽的点火丝，用分析天平称重，从点火丝的质量中减去；如发现燃烧皿中有黑色物，是因样品燃烧不完全，应重新测定。燃烧不完全的原因可能是：样品量太多、氧气压力不足、氧弹漏气燃烧皿太湿等。

以同样方法，再测一份苯甲酸。

2、萘的燃烧的测定 称取0.6克左右萘二份，按上述方法进行操作二次。 实验完毕后，洗净氧弹，倒出卡计盛水桶中的自来水，并擦干待下次实验用。 数据记录和处理

1、 在水当量及燃烧热中测得之温度与时间的关系分别列表。 2、 图中所示作“温度-时间曲线”。 3、 算水当量。

4、计算萘的燃烧热。

5、由燃烧热数据表中查出萘的燃烧热，计算本次实验的误差。 思考题

1、在本实验装置中哪些是体系?哪些处环境？体系和环境通过哪些途径进行热交换?这些热交换对结果影响怎样?

2、使用氧气要注意哪些问题？ 3、搅拌过快或过慢有何影响？

4、为什么实验测量到的温度差值要经过作图法校正？

WLS立式充氧器

1、支架 压力表连接管 2、压力表 3、减压阀连接管 4、压杆 5、行程固定螺钉 7、出气口

一、简介

立式充氧器是用于燃烧热测定实验中，氧弹充氧的必备工具。该立式充氧器具有体积小、结构合理、操作方便、使用安全等特点。

二、使用说明

1、将减压阀连接管接到氧气瓶减压阀出气口上，拧紧连接螺帽，不可松动。2、开氧气瓶，调整减压阀门，使压力不低于1.2KPa。

3、氧弹头对充气口，轻轻按下压杆，观察图中压力表，待到所需数值时，松开压杆即可。

4、压杆运动行程有两档，出厂成品行程为第一挡。将图示（5）四颗运动装置固定螺钉取下，把运动装置翻转1800，，再将四颗螺钉锁紧即为第二挡。

6、