上海大学：化学实验教学中心（讲义）物理化学实验2 燃烧热的测定（2025）.pdf_大学文库

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

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/℃

初期主期末期2.热量计能当量的计算体系温度的升高主要是由于苯甲酸燃烧放出热量而引起的，但其它因素如镍铬丝的燃烧也会引起体系温度的变化。在热量计与环境间没有热交换的情况下，热量平衡方程式为：(C总+VpC永)AT=-O,m/M-q(2-2-4)式中：C总为除水之外仪器的总热容（JK-1），V为水的体积，p为水的密度，C水为水的比热容（J·g-K-1)，AT为由于燃烧使体系温度升高的数值。Qv为样品的恒容燃烧热(Jmol-l)，m为样品的质量(g),M为样品的摩尔质量（g-mol-1)，g为燃烧掉的镍铬丝放出的热量（J)。其中，K=C总+VpC水即为所用热量计的能当量，可由下式计算：K=-Qm/M-q(2-2-5)ATAT的求算有多种方法，下面介绍雷诺图的作法。由于氧弹热量计不是严格的绝热系统，加之由于传热速度的限制，燃烧后由最低温度达最高温度需一定时间，在这段时间内体系与环境间难免发生热交换，因而从温度计上读得的温差就不是真实的温升AT，须对其进行校正，通常采用作图法或经验公式法进行校正。雷诺图解方法：根据实验记录的温度一时间数据作T-t曲线abcd（如图2-2-27所示）。ab段对应于点火前的初期，温度缓慢上升；bc段对应于点火后的燃烧期（即主期），此时温度迅速上图2-2-27温度-时间曲线升；cd段对应于末期。作t轴的垂线ef分别交ab和dc的延长线于e和f，交bc于g，使beg包围的面积与cfg包围的面积相等。则ef两点对应的温差即为△T。已知苯甲酸的Qp，由式（2-2-2）计算出苯甲酸的Qv，再根据实验数据由式（2-2-5）求出热量计的能当量K（JK-I）。3．计算出的恒容燃烧热Qv和恒压燃烧热Qp，并与标准值对比，求出其相对误差（肉桂酸的恒压燃烧热标准值Op=一4477.0kJ-mol-1)。六、思考题1.如何通过雷诺图得到体系的温升△T？为什么不能由实验数据直接得到温升△T？2.怎样正确使用氧气钢瓶及减压阀进行充氧？

初期主期末期 2. 热量计能当量的计算体系温度的升高主要是由于苯甲酸燃烧放出热量而引起的，但其它因素如镍铬丝的燃烧也会引起体系温度的变化。在热量计与环境间没有热交换的情况下，热量平衡方程式为： (C总 +VC水 )T = −Qv m / M − q （2-2-4）式中：C 总为除水之外仪器的总热容（JK−1），V 为水的体积，为水的密度，C 水为水的比热容（Jg −1 K−1），T 为由于燃烧使体系温度升高的数值。 Qv为样品的恒容燃烧热（Jmol−1），m 为样品的质量（g），M 为样品的摩尔质量（gmol−1）， q 为燃烧掉的镍铬丝放出的热量（J）。其中，K = C 总 + VC 水即为所用热量计的能当量，可由下式计算： T Q m / M q K v  − − = （2-2-5） T 的求算有多种方法，下面介绍雷诺图的作法。由于氧弹热量计不是严格的绝热系统，加之由于传热速度的限制，燃烧后由最低温度达最高温度需一定时间，在这段时间内体系与环境间难免发生热交换，因而从温度计上读得的温差就不是真实的温升T，须对其进行校正，通常采用作图法或经验公式法进行校正。雷诺图解方法：根据实验记录的温度—时间数据作 T-t 曲线 abcd（如图 2- 2-27 所示）。ab 段对应于点火前的初期，温度缓慢上升； bc 段对应于点火后的燃烧期（即主期），此时温度迅速上升；cd 段对应于末期。作 t 轴的垂线 ef 分别交 ab 和 dc 的延长线于 e 和 f，交 bc 于 g，使 beg 包围的面积与 cfg 包围的面积相等。则 ef 两点对应的温差即为T。已知苯甲酸的 Qp，由式（2-2-2）计算出苯甲酸的 QV，再根据实验数据由式（2-2-5）求出热量计的能当量 K（JK−1）。 3. 计算出的恒容燃烧热 QV和恒压燃烧热 Qp，并与标准值对比，求出其相对误差（肉桂酸的恒压燃烧热标准值 Qp＝－4477.0 kJmol−1）。六、思考题 1. 如何通过雷诺图得到体系的温升T？为什么不能由实验数据直接得到温升T？ 2. 怎样正确使用氧气钢瓶及减压阀进行充氧？图 2-2-27 温度-时间曲线