实验一：燃烧热的测定一、实验目的1、掌握燃烧热的定义；2、了解自动量热仪主要部分的作用，掌握气体钢瓶的相关安全知识；3、学会用氧弹热量计测定苯甲酸燃烧热的实验方法，二、实验原理根据热化学的定义，1mol物质完全氧化时的反应热称作燃烧热。在恒容条件下测得的是恒容燃烧热，在恒压条件下测得的是恒压燃烧热。所谓完全氧化，对燃烧产物有明确的规定。例如，有机化合物中的碳氧化成一氧化碳不能认为是完全氧化，只有氧化成二氧化碳才可认为是完全氧化。燃烧热的测定，除了有其实际应用价值外，还可以用于求算化合物的生成热、键能等。本实验所用氧弹热量计是一种环境恒温式的热量计。氧弹热量计的基本原理是能量守恒定律。样品完全燃烧所释放的能量使得氧弹本身及其周围的介质和热量计有关附件的温度升高。测量介质在燃烧前后温度的变化值，就可求算该样品的恒容燃烧热。为了保证样品完全燃烧，氧弹中须充以高压氧气或其它氧化剂。因此氧弹应有很好的密封性，能耐高温且耐腐蚀。氧弹放在一个与室温一致的恒温套壳中。盛水桶与套壳之间有一个高度抛光的挡板，以减少热辐射和空气的对流。根据热力学第一定律，物质在定体积燃烧时，体系不对外作体积功，则燃烧热等于体系内能的变化，即：Qv=AU (1.1)式中QV为恒容燃烧热，△U为体系内能的变化值。设体系的恒容热容为Cv，则若将nmo1被测物质置手充氧的氧弹中使其完全燃烧。燃烧时放出的热量使体系温度升高△T，即可根据下式计算实际放出的热量：Qv=CAT (1.2)1
1 实验一：燃烧热的测定 一、实验目的 1、掌握燃烧热的定义； 2、了解自动量热仪主要部分的作用，掌握气体钢瓶的相关安全知识； 3、学会用氧弹热量计测定苯甲酸燃烧热的实验方法。 二、实验原理 根据热化学的定义，1mol 物质完全氧化时的反应热称作燃烧热。在恒容条件下测得的是恒容 燃烧热，在恒压条件下测得的是恒压燃烧热。所谓完全氧化，对燃烧产物有明确的规定。例如， 有机化合物中的碳氧化成一氧化碳不能认为是完全氧化，只有氧化成二氧化碳才可认为是完全氧 化。燃烧热的测定，除了有其实际应用价值外，还可以用于求算化合物的生成热、键能等。 本实验所用氧弹热量计是一种环境恒温式的热量计。氧弹热量计的基本原理是能量守恒定 律。样品完全燃烧所释放的能量使得氧弹本身及其周围的介质和热量计有关附件的温度升高。测 量介质在燃烧前后温度的变化值，就可求算该样品的恒容燃烧热。为了保证样品完全燃烧，氧弹 中须充以高压氧气或其它氧化剂。因此氧弹应有很好的密封性，能耐高温且耐腐蚀。氧弹放在一 个与室温一致的恒温套壳中。盛水桶与套壳之间有一个高度抛光的挡板，以减少热辐射和空气的 对流。 根据热力学第一定律，物质在定体积燃烧时，体系不对外作体积功，则燃烧热等于体系内能 的变化，即： (1.1) 式中 QV 为恒容燃烧热，ΔU 为体系内能的变化值。 设体系的恒容热容为 CV，则若将 n mol 被测物质置于充氧的氧弹中使其完全燃烧。燃烧时放 出的热量使体系温度升高 ΔT，即可根据下式计算实际放出的热量： (1.2)
则恒容摩尔燃烧热Q，可用下式计算：Qvm=Qv/ n (1.3)将实验中测得的恒容燃烧热代入热力学基本关系式，可求得恒压燃烧热Qp：Qp =△H=△U +△ (pV) = QV +p△V (1. 4)式中△H为反应的恰变，P为反应压力，△V为反应前后体积的变化。由于凝聚相与气相相比，其体积可忽略不计，则△V可近似为反应前后气体物质的体积变化。设反应前后气态的摩尔数变化为An，并设气体为理想气体，则pV=△nRT (1.5)则：Qp=QV+△nRT(1.6)反应热效应的数值与温度有关，燃烧热也如此。其与温度的关系为：a(AH)=ACyLarJr(1. 7)式中△Cp为燃烧反应产物与反应物的恒压热容差，是温度的函数。通常，温度对热效应影响不大。在较小的温度范围内，可将反应的热效应看着与温度无关的常数。从上面的讨论可知，测量物质的燃烧热，关键是准确测量物质燃烧时引起的温度升高值△T，然而△T的准确度除了与测量温度计有关外，还与其他许多因素有关，如热传导、蒸发、对流和辐射等引起的热交换，搅拌器搅拌时所产生的机械热。它们对△T的影响规律相当复杂，很难逐一加以校正并获得统一的校正公式。为此，常采用雷诺图解法对△T进行校正，具体校正方法如下：2
2 则恒容摩尔燃烧热 QV，m 可用下式计算： (1.3) 将实验中测得的恒容燃烧热代入热力学基本关系式，可求得恒压燃烧热 Qp： Qp =ΔH =ΔU +Δ(pV) = QV + pΔV (1.4) 式中 ΔH 为反应的焓变，p 为反应压力，ΔV 为反应前后体积的变化。由于凝聚相与气相 相比，其体积可忽略不计，则 ΔV 可近似为反应前后气体物质的体积变化。设反应前后气态的 摩尔数变化为 Δn，并设气体为理想气体，则 pΔV=ΔnRT (1.5) 则： Qp = QV +ΔnRT (1.6) 反应热效应的数值与温度有关，燃烧热也如此。其与温度的关系为： (1.7) 式中 ΔCp 为燃烧反应产物与反应物的恒压热容差，是温度的函数。通常，温度对热效应影 响不大。在较小的温度范围内，可将反应的热效应看着与温度无关的常数。 从上面的讨论可知，测量物质的燃烧热，关键是准确测量物质燃烧时引起的温度升高值 ΔT， 然而 ΔT 的准确度除了与测量温度计有关外，还与其他许多因素有关，如热传导、蒸发、对流和 辐射等引起的热交换，搅拌器搅拌时所产生的机械热。它们对 ΔT 的影响规律相当复杂，很难逐 一加以校正并获得统一的校正公式。为此，常采用雷诺图解法对 ΔT 进行校正，具体校正方法如 下：
2timn图1雷诺校正图图1是量热实验中测得的典型的温度-时间曲线，其中T为相对值（即贝克曼温度计读数。在燃烧热测定中，只需测量温度变化值△T，因而无需知道系统的绝对温度是多少。分析该图曲线可知，此温度-时间曲线可以分成三个部分来讨论，一是AB段，此段常称为前期。在前期，物质并没有被点火燃烧，温度随时间的变化是由于搅拌热和其他热交换所引起的，温度变化比较平缓。至B点时，物质被点火，系统温度上升比较显著，直至C点。BC段称为主期。主期以后的CD段称为后期。主期之所以不能很快过渡到后期，也是由热滞后性等许多其他因素引起的。校正方法是分别作出曲线的前期和后期的切线并用虚线延长之。在主期内作一垂线FH使其分别与前后期切线的延长线交于G、F点。作垂线时应注意使垂线、主期温升曲线分别与前后期切线的沿长线所围成的面积SBGE和SCFE相等，则F、G两点的温差即为系统内部由于燃烧反应放出热量致使系统温度升高的数值△T。三、实验仪器及试剂氧弹热量计、万用电表、天平、氧气钢瓶、温度计、氧气减压阀、压片机、点火丝、烧杯（1000m1）、苯甲酸、塑料桶、直尺、剪刀、脱脂棉线。四、实验步骤1、样品制作。用台秤称取大约1g苯甲酸（切勿超过1.1g）。见图2。在压片机上压成圆片。样品压得太紧，点火时不易全部燃烧：压得太松样品容易脱落。退模后，用天平精确称量后备用。压片机见图3
3 图 1 雷诺校正图 图 1 是量热实验中测得的典型的温度-时间曲线，其中 T 为相对值(即贝克曼温度计读数。 在燃烧热测定中，只需测量温度变化值 ΔT，因而无需知道系统的绝对温度是多少。分析该图曲 线可知，此温度-时间曲线可以分成三个部分来讨论，一是 AB 段，此段常称为前期。在前期， 物质并没有被点火燃烧，温度随时间的变化是由于搅拌热和其他热交换所引起的，温度变化比较 平缓。至 B 点时，物质被点火，系统温度上升比较显著，直至 C 点。BC 段称为主期。主期以 后的 CD 段称为后期。主期之所以不能很快过渡到后期，也是由热滞后性等许多其他因素引起的。 校正方法是分别作出曲线的前期和后期的切线并用虚线延长之。在主期内作一垂线 FH 使其分别 与前后期切线的延长线交于 G、F 点。作垂线时应注意使垂线、主期温升曲线分别与前后期切线 的沿长线所围成的面积 SBGE 和 SCFE 相等，则 F、G 两点的温差即为系统内部由于燃烧反应放 出热量致使系统温度升高的数值 ΔT。 三、实验仪器及试剂 氧弹热量计、万用电表、 天平 、氧气钢瓶 、温度计、氧气减压阀、压片机、 点火丝、 烧杯（1000ml）、苯甲酸、塑料桶、直尺、剪刀、脱脂棉线。 四、实验步骤 １、样品制作。 用台秤称取大约 1g 苯甲酸（切勿超过 1.1g）。见图 2。 在压片机上压成圆片。样品压得太紧，点火时不易全部燃烧；压得太松样品容易脱落。退模 后，用天平精确称量后备用。压片机见图 3
图2天平与苯甲酸实物图图3压片机实物图2、装样并充氧气。开氧弹盖，将氧弹内壁擦干净，特别是电极下端的不锈钢丝更应该擦干净。搁上金属燃烧匙，小心将样品片放置在燃烧匙中部。氧弹实物图见图4
4 图 2 天平与苯甲酸实物图 图 3 压片机实物图 2、装样并充氧气。 拧开氧弹盖，将氧弹内壁擦干净，特别是电极下端的不锈钢丝更应该擦干净。搁上金属燃烧 匙，小心将样品片放置在燃烧匙中部。氧弹实物图见图 4
图4氧弹实物图剪取15cm长的点火丝，在直径约为3mm的棒上，将其中段绕成螺旋形，约5～6圈。两端固定在电极上。用万用表检查两电极间电阻值，一般应不大于202。点火丝见图5。图5点火丝实物图剪取10cm长的棉线，将棉线的一端系在引燃铁丝螺旋部分的中部，另一端压在待测样下。旋紧氧弹盖，将氧弹平移制充气台。打开钢瓶阀门，使氧气中充入3Mpa的氧气。松开充气手柄，关闭氧气瓶阀门，放掉氧气表中的余气。再次用万用表检查两电极间的电阻。如阻值过大或电极与弹壁短路，则应放出氧气，开盖检查。充氧台见图6
5 图 4 氧弹实物图 剪取１５cm 长的点火丝，在直径约为 3mm 的棒上，将其中段绕成螺旋形，约 5～6 圈。两端 固定在电极上。用万用表检查两电极间电阻值，一般应不大于 20Ω。点火丝见图 5 。 图 5 点火丝实物图 剪取１０ｃｍ长的棉线，将棉线的一端系在引燃铁丝螺旋部分的中部，另一端压在待测样下。 旋紧氧弹盖，将氧弹平移制充气台。打开钢瓶阀门，使氧气中充入３Mpa 的氧气。松开充气 手柄，关闭氧气瓶阀门，放掉氧气表中的余气。再次用万用表检查两电极间的电阻。如阻值过大 或电极与弹壁短路，则应放出氧气，开盖检查。充氧台见图 6
图6充氧台实物图3、测量。将大约3kg蒸馏水倒入盛水桶内。将氧弹放入水桶中央，盖上盖子。接通电源。打开电脑中燃烧热测试软件，先将温度传感器插入外桶，读取数据后，点击外桶稳定按钮，再将温度传感器插入内桶，读取数据后，点击开始试验按钮并输入相关参数。待温度稳定约5min后，若温度迅速上升，表示氧弹内样品已燃烧；继续15min后微机提示实验停止，并弹出后台及时出的氧弹发热量。如点火后未见温度明显上升，说明点火失败，应停止实验，排除故障后，重新实验。4、打印实验报告单。5、小心取下传感器，打开量热器盖子，取出氧弹，放出余气。旋开氧弹盖，检查样品燃烧是否完全。氧弹中应没有明显的燃烧残渣。若发现黑色残渣，则应重做实验。6、最后擦于氧弹和盛水桶，并放出外桶蒸馏水。五、实验注意事项
6 图 6 充氧台实物图 3、测量。 将大约 3kg 蒸馏水倒入盛水桶内。将氧弹放入水桶中央，盖上盖子。 接通电源。打开电脑中燃烧热测试软件，先将温度传感器插入外桶，读取数据后，点击外桶 稳定按钮，再将温度传感器插入內桶，读取数据后，点击开始试验按钮并输入相关参数。 待温度稳定约５min 后，若温度迅速上升，表示氧弹内样品已燃烧；继续 15min 后微机提示 实验停止，并弹出后台及时出的氧弹发热量。如点火后未见温度明显上升，说明点火失败，应停 止实验，排除故障后，重新实验。 ４、打印实验报告单。 ５、小心取下传感器，打开量热器盖子，取出氧弹，放出余气。旋开氧弹盖，检查样品燃烧 是否完全。氧弹中应没有明显的燃烧残渣。若发现黑色残渣，则应重做实验。 ６、最后擦干氧弹和盛水桶，并放出外桶蒸馏水。 五、实验注意事项
1、每次燃烧结束后，一定要擦干氧弹内部的水，否则会影响实验结果。每次整个实验做完后，不仅要擦干氧弹内部的水，氧弹外部也要擦干，已防生锈。2、绝热式氧弹量热计既可测量固态可燃物的燃烧热，也可测量液态可燃物的燃烧热。高沸点液态油类，可直接置于燃烧匙中，用棉线等引燃测定。对于低沸点可燃物，应先将其密封，以免挥发。3、本实验的关键是点火丝的安装是否成功，在点火前务必要检查氧弹的两电极间的导通情况。4、氧弹放入内桶后如有气泡出现，则说明氧弹漏气。5、搅拌时不能有摩擦声。六、问题与思考1、燃烧热的定义？2、氧气瓶的安全操作注意事项？3、测得燃烧热值对安全有什么指导意义？4、实验中影响实验精度的主要因素有哪些？7
7 １、每次燃烧结束后，一定要擦干氧弹内部的水，否则会影响实验结果。每次整个实验做完 后，不仅要擦干氧弹内部的水，氧弹外部也要擦干，已防生锈。 ２、绝热式氧弹量热计既可测量固态可燃物的燃烧热，也可测量液态可燃物的燃烧热。高沸 点液态油类，可直接置于燃烧匙中，用棉线等引燃测定。对于低沸点可燃物，应先将其密封，以 免挥发。 ３、本实验的关键是点火丝的安装是否成功，在点火前务必要检查氧弹的两电极间的导通情 况。 4、氧弹放入內桶后如有气泡出现，则说明氧弹漏气。 5、搅拌时不能有摩擦声。 六、问题与思考 1、燃烧热的定义？ 2、氧气瓶的安全操作注意事项？ 3、测得燃烧热值对安全有什么指导意义？ 4、实验中影响实验精度的主要因素有哪些？