实验一 燃烧热的测定

一、实验目的及要求

1．用氧弹量热计测定萘的燃烧热，明确燃烧热的定义，了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别与相互关系。

2. 了解氧弹量热计的原理、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。

3. 掌握用雷诺图解法校正温度的改变值。 二、实验原理

燃烧热是指一摩尔物质完全燃烧时的热效应。所谓“完全燃烧”，是指有机物质中的碳燃烧生成气态二氧化碳、氢燃烧生成液态水等。例如：萘的完全燃烧方程式为：

C10H8(s)+12O2(g)=10CO2(g)+4H2O(1)

燃烧热测定可在恒容或恒压条件下进行。由热力学第一定律可知：在不做非膨胀功情况下，恒容燃烧热Qv = ΔU, 恒压燃烧热Qp = ΔH。在氧弹式量热计中测得燃烧热为Qv, 而一般热化学计算用的值为Qp， 这两者可通过下式进行换算：

Qp = Qv + ΔnRT (1)

式中Δn为反应前后生成物和反应物中气体的物质的量的差值；R 为摩尔气体常数；T 为反应温度（K）。

在盛有定量水的容器中，放入内装有一定量的样品和氧气的密闭氧弹，然后是样品完全燃烧，放出的热量传给水及仪器，引起温度上升。若已知水量为W克，水的比热为C, 仪器的水当量W’(量热计每升高1oC 所需的热量)。而燃烧前、后的温度为t0和tn。则m克物质的燃烧热为：

Q’ = (CW + W’) (t0 ? tn) (2)

若水的比热为1 (C = 1), 摩尔质量为M的物质，其摩尔燃烧热为： Q =

m (W + W’) (t0 ? tn) (3) M水当量W’的求法是用已知燃烧热的物质（如本实验用苯甲酸）放在量热计中燃烧，测其始、末温度，按式（3) 求W’。一般因每次的水量相同，(W + W’)可作为一个定值 （W）

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来处理。故Q =

m (W) (t0 ? tn) (4) M在精确的实验中，辐射热及铁丝燃烧所放出的热量及温度计本身的校正都应该考虑。另外，若供燃烧用的氧气中含有氮气时，则在燃烧过程中，氮气氧化成硝酸而放出热量亦不能略去。

实验过程中，量热系统的温度随时间而变化，因此量热系统和恒温的环境之间不可避免地存在相互热辐射，对量热系统的温度变化值产生影响，这可以用雷诺图解法予以校正，即根据不同时间t测得量热系统的温度θ的数据，作温度—时间曲线CABD，如图1（a）所示，曲线中A点为开始燃烧时量热系统的温度，B点为燃烧结束后测得的量热系统最高温度，然后在温度轴上找出对应于夹套水温的点θM，通过θM作时间轴的平行线，交CABD于M点，通过M点作时间轴的垂线，再通过A、B两点分别作CA、BD的切线交垂线于F、E两点，则由E、F两点所表示的温度之差值，即为燃烧反应前、后经校正的量热系统温度变化值Δθ。FF＇表示在量热系统的温度从A点上升至M点这段时间Δt1内，由于环境辐射和搅拌等引进能量而造成量热系统温度的升高，这部分是必须扣除的；而EE＇表示在量热系统的温度从M点升至B点这段时间Δt2内，由于量热系统辐射热量给环境而造成量热系统温度的降低，这部分是必须加上的。故用E、F两点所表示的温度之差值来表示量热系统的温度变化值Δθ是比较合理的。

图1 温度校正图

（a）绝热较差 （b）绝热良好

有时量热计的绝热情况良好，而搅拌器的功率偏大不断引进少许热量，使得燃烧后量

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热系统的温度最高点不出现，如图1（b）所示，这种情况下的Δθ仍可按上法进行校正。 三、仪器与药品

GR3500氧弹量热计1套；氧气钢瓶（附氧气表）；数字式精密温差测量仪1台；压片机2台；万用电表1只；电吹风1个；小镊子1把；容量瓶1个。

苯甲酸（标准量热物质）；萘（A.R.）。 四、实验步骤

1．将量热计及其全部附件加以整理并洗净。 2. 苯甲酸的压片，装置氧弹

氧弹详细构造如图2所示。旋下弹帽，置于弹头座（见图3）上，取出燃烧皿9，用蒸馏水洗净，吹干并准确称重至0.1mg，仍置于弹帽的燃烧皿支架6上。从压片机（图4）上取下压模，用蒸馏水洗净、吹干。

图2 氧弹 图3弹头座

1—电极；2—充气阀门；3—充气管（兼作电极）； 4—放气阀门；5—燃烧挡板；6—燃烧皿支架； 7—弹体；8—弹帽；9—燃烧皿

用台天平称取约0.8g（不超过1g）已干燥的苯甲酸，倒入压模中（压模下有一垫块），将压模置于压片机上，向下转动旋柄，徐徐加压试样使其成为片状（注意：压力必须适中。若压片太紧，不易燃烧；压片太松，又易炸裂残失，使燃烧不能完全，此步骤为本实验成功的关

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