燃烧热的测定(华南师范大学物化实验)

1、华南师范大学实验报告燃烧热的测定、实验目的(1) 明确燃烧热的定义，了解恒压燃烧热与恒容燃烧烧热的羌别与联系。(2) 测定蔡的燃烧热，掌握量热技术基本原理。(3) 了解氧弹卡计的基本原理，掌握氧弹卡计的基本实验技术。(4) 使用雷诺校正法对温度进行校正。二、实验原理2.1基本概念lmol物质在标准压力下完全燃烧所放出的热量，即为物质的标准摩尔燃烧 焙，用餌h監表示。若在恒容条件下，所测得的lmol物质的燃烧热则称为恒容摩 尔燃烧热，用qvm表示，此时该数值亦等于这个燃烧反应过程的热力学能变 arumo同理，在恒压条件下可得到恒压燃烧热，用qp.m表示，此吋该数值亦等 于这个燃烧反应过程的摩尔熔

2、变he。化学反应的热效应通常用恒压热效应 川，来表示。假若lmol物质在标准压力下参加燃烧反应，恒压热效应鸟h負即为 该冇机物的标准摩尔燃烧热影把燃烧反应中涉及的气体看做是理想气体，遵循以下关系式：qp. m=qv. rn+ qvb) rt 2.2氧弹量热计木实验采用外槽恒温式量热计，为高度抛光刚性容器，耐高压，密封性好。 量热计的内筒，包括其内部的水、氧弹及其搅拌棒等近似构成一个绝热体系。为 了尽可能将热量全部传递给体系，而不与内筒以外的部分发生热交换，量热计在 设计上采取了一系列措施。为了减少热传导，在量热计外面设置一个套壳。内筒 与外筒空气层绝热，并且设置了挡板以减少空气对流。量热计壁高

3、度抛光，以减 少热辐射。为了保证样品在氧弹内燃烧完全，必须往氧弹中充入高压氧气，这就 耍求耍把粉末状样品压成片状，以免充气吋或燃烧时冲散样品。2.3量热反应测量的基本原理量热反应测量的基本原理是能量守恒定律。通过数字式贝克曼温度计测量出 燃烧反应前后的温度该表若已知量热计的热容c,则总共产生的热量即为 qv=cato那么，此样品的摩尔恒容燃烧热为式是最理想的情况。但由能量守恒原理可知，此热量qv的来源包括样品燃烧放热和点火丝放热两部分。即nqv,点火丝q点火丝=c a t仪器热容c的求法是通过己知燃烧焙的物质，例如本实验使用的苯甲酸，放 在量热计屮进行燃烧反应，测其始末温度，代入式，即可求取c

4、的值。2.4雷诺校正曲于氧弹量热计不可能完全绝热，其与周围环境的热交换是无法完全避免 的，因此燃烧前后温度的变化不能直接用测定到的燃烧前后的温度羌来计算，必 须经过雷诺校正才能得到准确的温度变化。三、实验仪器与试剂3.1实验仪器外槽恒温式氧弹卡计1个压片机 2台0-100 °c温度计 1支3.2实验试剂蔡（a.r） 苯甲酸（a.r）氧气钢瓶 1瓶数字式贝克曼温度计1台万用电表 1个点火丝（铁丝）（约10cm lx）四、实验步骤4.1测定氧弹卡计和水的总热容c411样品压片先称取8g左右的苯甲酸试剂，准确称量点火丝的质量，记为m点火丝。然后 将点火丝与苯甲酸一同压片，注意在压片前耍先将

5、压片模具擦拭干净，使点火丝 能够粘附在样品的样片上。4丄2装置氧弹、充氧气将苯甲酸压片的点火丝的两端系在氧弹的两根电极上，旋紧氧弹盖，用万用 电表检查屯极是否通路。若电阻过人（r>20q）,则应检查点火丝是否系好，点 火丝是否已经断裂。若电阻值合适（r<20q）,则可进行下一步。连接好氧气瓶和氧气减压阀，并用高压管将减压表与氧弹进气管相连接，往 氧弹中充入约lompa的氧气。为了排除氧弹内的空气，应反复充气放气3次。 最后氧弹内保留有约lompa的氧气。再用万用表测量电极是否仍然通路。4.1.3燃烧温度的测量往卡计中装入3000ml水，再将氧弹放入卡计的水中，连接好打火装置。盖 上

6、卡计盖了后，先用水银温度计测量水温，再将数字式贝克曼温度计探头插入水 屮。启动搅拌装置，待读数稳定后，每30s读取贝克曼温度计数据。由此记录 10个数据即为燃烧的前期温度。记录完10个数据之后迅速按下点火按钮。判断点火成功有两个标准：一是 点火器屯流表指针因通屯发生偏转，接着又因点火丝燃段而迅速归零。二是温度 会在lmin内辿速上升。否则应检查点火失败的原因。点火z后仍然是每30s读 取一个温度数据，直到温度基木维持不变。此阶段记录的数据为燃烧期间的温度。 温度稳定并开始下降后仍需要记录5min,即读取10个数据作为后期温度。 实验结束后，取出数字式贝克曼温度计探头，解开点火导线。氧弹经放气后

7、 打开，检查样品是否完全燃烧。若氧弹内有许多黑色的残渣，则表示样品燃烧不 完全，实验失败。假若燃烧完全，要从氧弹取出未燃烧的点火丝，称重。4.2蔡燃烧热的测定称取05g左右的蔡样品，重复4.1的步骤。最后倒去门來水，擦干卡计水桶 待下次实验使用。五、数据处理5.1计算卡计热容c根据所记录的温度，绘制出苯甲酸燃烧吋温度随吋间的变化曲线图。当中的 温度为体系与环境的温度茅值，由贝克曼温度计测出。使用温差，经雷诺校正后 得出的a t与使用实际温度校正后所得的t值相同。苯甲酸燃烧时温度随时间的变化曲线图2.3002.1001.9001.7001.5001.3001.1000.9000.70002004

8、00600800 1000 1200时间/s图1.苯甲酸燃烧时温度随时间的变化曲线图（附雷诺校正）如上图所示，经雷诺校正后，燃烧反应发生前后的温差为 t=1.240°co表1相关数据记录水初始 温度/°c苯甲酸 质量/g点火丝 质量/g压片后质量/g燃烧反应 后点火丝 质量/g参与燃烧 的苯甲酸 m苯甲酸/g参与燃烧 的点火丝 m点火丝/g23.90.80820.01130.81280.00780.08050.0035表2相关参数说明qv.苯甲酸/（j g ：）q点火丝/(j g'1) ,雷诺校正后温差at/°c-264606694.41.240将以上数据

9、代入式-m苯甲酸qv,加甲酸点火丝q点火丝二c a t,即-0.8015gx (-26460 j g1) -0.0035gx (-6694.4 j g1) =cx 1.240°c 求得氧弹卡计和水的总热容为c=17121.87j/°c5.2计算蔡的恒容摩尔燃烧热qv. mo根据所记录的温度，绘制出蔡燃烧时温度随时间的变化曲线图。蔡燃烧时温度随时间的变化曲线图图2.蔡燃烧吋温度随吋间的变化曲线图(附雷诺校正) 如上图所示，经雷诺校正后，蔡发生燃烧反应前后的温差为 t=1.220°c 表2相关数据记录水的初 始温度/°c蔡 质量/g点火丝 质量/g工亠厂燃烧

10、反应后点火丝 质里/g质量/g参与燃烧参与燃烧 的秦质量的点火丝m /gm点加g21.60.50400.01060.48890.00620.47830.0044表3.相关参数说明蔡的相对分子质 量 m 蔡/(g mol1)点火丝的燃烧热氧弹卡计和水的q点火丝/(j £】)总热容c/(j/°c)雷诺校止后温茅 at/°c128.176694.4l17121.871.220将以上数据代入式-nqv. m-m 点火丝q点火丝二c a t,即(04783g/128.：l7(g mor1)xqv. m-0.0044gx (-6694.4 j -g1 )=17121.87 j

11、/°cx1.220°c求得蔡的恒容摩尔燃烧热qv. m=-5592.285kj - mol'153计算蔡的恒压摩尔燃烧热qpm (spach)蔡的燃烧反应方程式为 ci0h8(s)+12o2(g)->10co2(g)+4h2o(l)反应前后气体物质的变化量a n=-2则蔡的恒压摩尔燃烧热qp. m=qv, m+anrt,已知该反应是在21.6°c (即 294.75k)条件下进行的，代入数据，可得qp/m=-5592.285kj mol-1-? x 8.3145pa m3 mol-1 k1x294.75k=-5597.19kj - mol1即可得qp

12、4n = 5597.19kj .11101-15.4 计算 298.15k 时的ach® c29&15k?表4.相关参数说明cp. m(ci°h6,s)cp, m(。2尼)cp. m ( h2oj )cp. m( cc)2,g)/(j moi ")/(j mol" q) /(j moi q) /(j mol" q)142.229.3675.3037.13由基尔霍夫定律ach®(2?a.l5k) = ach®(294.75k) + ncp4 泌dt代入数据，求得298.15k时，荼的燃烧热为ach® (298

13、.15k) = -5596.68kj/mol5.5误差分析本实验测得298.15k时,蔡的燃烧热为ach®（29s-15k）= -55%68kj/mo】,与查得的文献值ach（298.15k） = -515$8kj/ni叫目比，相对误差为8.59%。使用氧弹卡计测量燃烧热的实验，是先通过测定卡计的热容c,再根据能量 守恒定律去求得蔡的燃烧热。这在原理上是绝对正确的，但是我们的实验环境毕 竟不是理想状态，由此将会产生种种误差。虽然氧弹卡计采取了多种措施来保证 热量能够在最人程度上传给体系，而尽量不与环境进行热交换，但是热漏还是无 法避免。我们通过雷诺校止后，可以得到校止后的温度差，一定

14、程度上降低了误 差。由于技术限制，我们只能通过手工绘图的方法来求得校正值，对丁同一组数 据，由不同的人来校正，可能会得到不同的校正值。最好的办法应该是使用数据 处理软件，求得较为精准的校正值。在时间允许的情况下，应该做多次测定求平均值，可以在最大的程度上减少 谋弟。假若得到多组结果相近的数据，甚至能进一步说明实验结杲的准确性和增 加说服力。六、讨论与思考61点火失败的原因在实验过程中，连续四次遇到了点火失败情况，直到第五次测定才点火成功。 从氧弹中取岀压片，经观察发现，均是点火丝燃断变黑，导致样品燃烧失败。这 可能是点火丝受到扭折或断裂，或谿片脱离点火丝调入燃烧皿底部，或点火丝上 部分相连形成

15、短路。这都跟我们的压片操作冇很大的关系。样品的量必须合适， 压片松紧适合，不能压坏点火丝。除了人为操作的因素外，影响点火的因素主要是点火电流和点火电极间点火 丝电阻的大小。点火电流过低，电极间点火丝的电阻过人，则点火时间过长英至 不着火，给测定带来误差。点火电流过高，电极间点火丝电阻过小，容易造成点 火丝瞬间被燃断而压片不着火。6.2实验的改进采用氧弹卡计进行燃烧热的测定，原理是将一定量的待测物质放在氧弹中通 过点火丝引燃并完全燃烧。样品在燃烧过程屮会放出大量热量，使氧弹外面的水 温度升高。通过测定反应前后水的温度边或，根据能量守恒定律，即可求得待测 样品的燃烧热。但是该发宁存在着成功率低，实

16、验时间长的缺点。查找相关文献, 可以通过改变压片模式来克服点火方式不理想的缺陷，采用单双股燃烧挂片法代 替单股绕线挂片法，使用钳金电阻温度传感器代替贝克曼温度计，改变点火丝的 悬挂方式等来优化燃烧热的测定实验。除上述的优化手段外，还可以控制点火电流强度，选择与点火丝相适应的点 火强度，一方面，消除了电流强度过小时，点火丝不能在短时间内燃烧而引起的 点火器短路现彖。另一方而，克服了当点火电流强度过大时，点火丝迅速烧断， 样品来不及引燃的问题。笫二是改变点火方式，用助燃式点火代替传统的直燃式 点火。木实验屮是将点火丝压制在压片屮点火，但这种样品填充方式常'会造成点 火失败。第三，可以增加样品的使用量，是的压片燃烧放出的热