实验三燃烧热的测定 一、实验目的 1,用氧弹式热量计测定蔡的燃烧热。 2了解量热法的基本原理，掌握用量热法测定燃烧热的实验方法 3.了解氧气钢瓶的操作规程。 二、实验原理 燃烧热是指在1atm(101.325kPa)和一定温度下1mol可燃烧物质完全燃烧时放出的热 量。测定燃烧热一般使用量热法，其基本原理是样品燃烧所放出的热量Q全部由量热体系 (图10-9中内简以内的部分，主要是一定数量的水)所吸收，Q=C△T,式中，△T是体系 吸热后的温度升高；C为体系的热容，由燃烧一定量的标准物质来标定。标准物质（一般采 用苯甲酸，下标记为“1”)完全燃烧后放出的热量Q是已知的，测定△T可算得C 品，在相同实袋条件下测定一定量的待测物度（体实验为素，记为“2完企指烧后体系 温度的升高△T:可算得放出的热量为C=C△=Q,公二。因然烧反应是在氧米中恒容 下进行的（图10-10），所以测得的热是恒容热。将待测物质的量归一成1mol(乘上因子 兰为测物质的质盐，M为率尔质量)复是摩尔容热，提帮下式为尔恒医 热，就是所求之燃烧热。 △Hm=(Q2)p=(Q2),十△(p=(Q2),+RT△n 设反应中的气体为理想气体并忽略固体或液体的体积，△n为1mol待测物质完全燃烧后气体 组分物质的量的增量。对于萘的燃烧反应△n=一2. 由上述原理可知，要准确测定样品的燃烧热，必须做到： ①准确称量样品并防止损失： ②样品完全燃烧 ③减少量热体系与环境的热交换， ④准确测定量热体系的温度变化， 三、仪器和试剂 WHR-15智能型氧弹式热量计1套：压片机4台（公用）氧气钢瓶与充氧机1套（公 用)：燃烧丝；苯甲酸（二级品）：茶（二级品）。 四、实验步骤 1.熟悉热量计的构造 整套仪器如图10-9所示。内筒以内的部分为量热体系，主要是一定数量的水和燃烧 用的氧弹。内篇外面有一空气绝热层，内筒由绝热垫片4架起，上方有绝热胶板5覆盖， 减少传热与水分蒸发。同时，仪器的外套1内可灌入与体系温度相近的水 为使量热体 系温度很快达到均匀，装有搅拌杆10，由发动机6带动。为防止通过搅拌棒传热，金属 搅拌棒上端用绝热良好的塑料与发动机传动装置连接。体系的温度变化是用贝克曼温度 计测量的，本实验用微机智能测温系统代替贝克曼温度计，测温精度0.01℃能满足一般 实验的要求。样品的燃烧点火由控制台的电点火装置施行。图10-10是氧弹的构造。氧弹 是用不锈锅制成的，主要部分有厚壁圆筒1，弹盖2和螺帽3紧密相连：在弹盖2上装有 用来充入氧气的进气孔4、排气孔5和电极6，电极直通弹体内部，同时作为燃烧皿7的 支架；为了将火焰反射向下而使弹体温度均匀，在另一电极8（同时也是进气管）的上方 还装有火焰遮板9 2.按顺序正确启动在线监控程序和多功能控制箱。 3.测定量热体系的热容
图10-9氧弹式量热计 图10-10氧弹的构造 】一世热计外套（套内中空可以盛水）：2，子一搅拌器隔套， 1一厚璧图简：2一弹莹：3二螺 气进气孔 电机支方 排气丑 电 曼温度计（或其他温度传感器），12一读数放大镜， 8一另一个电极《同时作为进气管)9一火焰 记录标准样品苯甲酸的燃烧曲线 (1)压片粗称约1g的标准样品苯甲酸，在压模中慢慢倒入样品粉末用力压成圆片。 刷去片上和边缘的浮粉，用分析天平准称至0.0001g。 (2)装样旋开氧弹的弹盖放在支架上，把燃烧丝一端穿入电极6的小孔内绚紧，另 端缠在电极8的小螺杆上。样品悬于燃烧皿的上方，燃烧丝不要绷紧以免电极8和6接触形 成短路（见图10-10）。用万用表检查两电极是否通路，如不通路或接触不良需调整至通路 为止。将弹盖与弹筒旋紧，充以1500~2000kPa(15~20atm)的氧气，试漏（将整个氧弹 浸没水中看有无气泡逸出)。将氧弹放人内简，倒人比室温低1℃的3000mL自来水，确认在 线监控程序和多功能控制箱已经正确启动后，将点火插头插人电极，盖好胶板5（图10-9）， 将控温探头插人内桶的水中。注意测温探头和搅拌器均不得接触氧弹和内简。 (3)标准样品的燃烧开动搅拌电机，测定水祖，此后每隔1min记录次温度，可见 温度缓慢上升。5min后启动点火开关通电点火（点火后数秒钟关掉点火开关），正常情况下 燃烧丝通电受热引燃棉线并使样品燃烧，在控制台上可见指示灯一亮即灭，过一两分钟后水 温迅速上升，表示样品已燃烧。若灯亮后不灭，表示燃烧丝没有烧断，未引燃棉线和样品 可加大电流引发燃烧。如果无效或指示灯一开始就不亮，则应打开氧弹检查。可能是电极 短路、燃烧丝与电极接触不良或燃烧丝断开等原因，应根据具体情况排除故，继续实验， 自点火后，温度改为每隔0.5min记录一次，直至两次读数差值小于0.02℃，然后读数间隔 恢复lmin,继续l0min左右，实验终止.。 (4)关闭控制台总电源开关，拆卸仪器，打开氧弹，观察样品是否燃烧完全，测量燃烧 丝剩余长度。 .2
4.测定样品燃烧热记录待测样品萘的燃烧曲线 按步骤3同样的方法记录萘的燃烧曲线。萘粗称0.75g。实验条件应与苯甲酸燃烧曲线 尽量一致。 5.燃烧曲线的分析—雷诺图说明 由于热量计中量热体系与环境的热交换无法完全避免，这种情况对温度测量值的影响可 从燃烧曲线进行校正。由于这种校正方法最先由雷诺(Renolds)提出，故燃烧曲线又称 雷诺图。 上述之苯甲酸和萘的质量分别为1g和0.75g,它们燃烧后放出的热量使3000mL水升 温约2℃。实验前预先调节水温低于室温1℃，实验得到的燃烧曲线见图10-11，图中H点表 示燃烧开始，热量传人水中，D点为观测到的最高温度。从相当于室温的J点作水平线交 曲线于I,过I点作垂线ab,再将FH线和CD线延长并交ab线于A、C两点，其间的温度 差值即为经过校正的△T。图中AA为开始燃烧到温度上升至室温这一段时间△]内由环境 辐射和搅拌引进的能量造成的升温，故应予扣除；CC为由室温升高到最高点D这一段时间 △2内体系向环境的热漏所造成的温度降低，计算时必须考虑在内，故可认为AC两点的温 度差值较客观地表示了样品燃烧引起的升温数值。 在某些情况下，热量计中量热体系的绝热性能良好，热漏很小，而搅拌器功率较大，不 断引进的能量使得曲线不出现极高温度点，如图10-12所示。校正方法相似。 o-o0o0 图10-11诺温度校正图 图10-12绝热良好情况下的雷诺校正图 五、数据处理 1.从燃烧曲线的面诺温度校正图求出苯甲酸和萘的△T1和△T2并列出数据表（表 10-2). 表1心-2苯甲酸和养的烧热测定数据记录 嫩烧丝长度 序号 样 △T/ 剩余L/cm 消耗10-L/cm 装甲酸 2.计算m2(g)萘燃烧放出的恒容热(Q2)
8:+8:-8器 (as.-87@.+Qa]-Qa: =8-[-26.48m-6.69×10-3(10-L1]+6.69×10-(10-L2) 式中，数据一26.48(kJ)为每克苯甲酸的恒容燃烧热：一6.69X10-3(k)为每1cm燃烧 丝放出的热量。 3.计算萘的燃烧热 蔡的燃烧反应为： C10H(固)+1202（气）→10C02(气)+4H20(液) 可知△n(气)=一2 尔恒容热为Q,=(@.一兰、式中侧为蔡的质量，M为蔡的廓尔质量12306 8/mol 萘的燃烧热为 △.Hm=Qmp=Qm.w-2RT 萘燃烧热文献值为一5154kJ/mol. 六、启示、思考、讨论 1,氧弹式热量计是一种精密的量热仪器，广泛用于测定可燃物质的热值。一般的量热 测定都是用苯甲酸来标定仪器的热容。中国计量科学院规定它是我国的二等量热标准物质。 本装置可测定绝大部分固态可燃物质，对一般的训练操作最好采用萘、葱、蔗糖、葡萄 糖、淀粉等。液态可燃物也可用热量计测定热值。沸点高的油类可直接置于燃烧皿中用引燃 物（如棉线）引燃测定沸点低的有机物 可用药用胶囊作为样品管，再用内径比胶 囊外径大0.5一1.0mm的薄壁玻璃管套 住，如图10-13胶囊的平均燃烧热值应预 先标定，处理数据时扣除。 2.在精密量热测定中需对氧弹中所含 的氮气的燃烧热值做校正。为此可预先在 胶囊 氧弹中加入5mL蒸馏水，燃烧后将生成的 稀HNO,溶液全部转移到150mL锥形瓶 图1013胶囊套玻璃管装样示意图 中煮沸片刻，用0.1mol/L的NaOH标准 溶液标定，每1 mLNaOH标准溶液相当 1抛铁丝：5-一胶囊内6一胶外 于5.98J的热值。这部分热值应从总的燃烧热中扣除。 3.测量温度上升最精德的仪器是贝克曼温度计。贝克曼温度计刻度间隔为0.01℃，用 放大镜可估读至0.002℃。本实验用徽机智能测温系统，测量精度0.01℃。也可用镍铬镍铝 或铜-康铜热电偶代替贝克曼温度计。用15对热电偶串联，温差1一2℃时热电势可达0.5~ 0.8mV,参考点置于装有水的保温瓶中，水的温度与量热体系水的初温相近，热电偶另 接点放入体系水中，用1mV自动平衡记录仪自动记录温度及其变化情况。 4.有一种绝热式热量计，在相当于图10-9内外简之间的空气层装有适当浓度的电解质 溶液（例如KC1溶液）并安置板橘电极，根据体系与溶液的温差自动控制加热电流使溶液 温度随时逼近体系温度。以此达到绝热，效果较好