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燃烧热实验报告
一、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热的区别。
2、 掌握量热技术的基本原理，学会测定奈的燃烧热。
3、 了解氧弹卡计主要部件的作用，掌握氧弹量热计的实验技术。
4、 学会雷诺图解法校正温度改变值。
二、实验原理
燃烧热是指1摩尔物质完全燃烧时所放出的热量。在恒容条件下测得的燃烧 热称为恒容燃烧热（Q,m）,恒容燃烧热这个过程的内能变化（△ rU）。在恒压条 件下测得的燃烧热称为恒压燃烧热（Q，m）,恒压燃烧热等于这个过程的热焓变化
（△ rH）。若把参加反应的气体和反应生成的气体作为理想气体处理，则有下列
关系式：
cHm = Q p,m= Q,m +△ nRT （1）
本实验采用氧弹式量热计测量萘的燃烧热。测量的基本原理是将一 定量待测物质样品在氧弹中完全燃烧，燃烧时放出的热量使卡计本身及氧弹周围 介质（本实验用水）的温度升高。
氧弹是一个特制的不锈钢容器。为了保证化妆品在若完全燃烧，氧弹中应充 以高压氧气（或者其他氧化剂），还必须使燃烧后放出的热量尽可能全部传递给 量热计本身和其中盛放的水，而几乎不与周围环境发生热交换。
但是，热量的散失仍然无法完全避免，这可以是同于环境向量热计辐射 进热量而使其温度升高，也可以是由于量热计向环境辐射出热量而使量热计的温 度降低。因此燃烧前后温度的变化值不能直接准确测量，而必须经过雷诺矫正作 图法进行校正。
放出热（样品+点火丝）=吸收热（水、氧弹、量热计、温度计） 量热原理一能量守恒定律
在盛有定水的容器中，样品物质的量为n摩尔，放入密闭氧弹充氧，使样品 完全燃烧，放出的热量传给水及仪器各部件，引起温度上升。设系统（包括内水 桶，氧弹本身、测温器件、搅拌器和水）的总热容为C （通常称为仪器的水当量， 即量热计及水每升高1K所需吸收的热量），假设系统与环境之间没有热交换，燃 烧前、后的温度分别为T1、T2,则此样品的恒容摩尔燃烧热为：
QV ,m
式中，Q,m为样品的恒容摩尔燃烧热J ? mol-1） ; n为样品的摩尔数（mol） ; C为 仪器的总热容J?K-1或J / C）。上述公式是最理想、最简单的情况。
但是，由于（1）:氧弹量热计不可能完全绝热，热漏在所难免。因此，燃 烧前后温度的变化不能直接用测到的燃烧前后的温度差来计算， 必须经过合理的
雷诺校正才能得到准确的温差变化。（2）多数物质不能自燃，如本实验所用萘， 必须借助电流引燃点火丝，再引起萘的燃烧，因此，等式（ 2）左边必须把点火
丝燃烧所放热量考虑进去就如等式（3）:
m点火丝Q点火丝CAT
m点火丝Q点火丝
式中：m点火丝为点火丝的质量，Q点火丝为点火丝的燃烧热，为 J / g ， T 为校正后的温度升高值。
仪器热容的求法是用已知燃烧焓的物质（如本实验用苯甲酸），放在量热计 中燃烧，测其始、末温度，经雷诺校正后，按上式即可求出 Co
雷诺校正：消除体系与环境间存在热交换造成的对体系温度变化的影响。
方法：将燃烧前后历次观察的贝氏温度计读数对时间作图，联成 FHDG线如图2 -1-2。图中H相当于开始燃烧之点，D点为观察到最高温度读数点，将 H所对应 的温度T1，D所对应的温度T2,计算其平均温度，过T点作横坐标的平行线，
交FHDG线于一点，过该点作横坐标的垂线a,然后将FH线和GD线外延交a线于 A、C两点,A点与C点所表示的温度差即为欲求温度的升高 To图中AA表示 由环境辐射进来的热量和搅拌引进的能量而造成卡计温度的升高，必须扣除之。
CC表示卡计向环境辐射出热量和搅拌而造成卡计温度的降低， 因此，需要加上, 由此可见，AC两点的温度差是客观地表示了由于样品燃烧使卡计温度升高的数
，使得燃烧后的最高点不出现，如图
，使得
燃烧后的最高点不出现，如图2-1-3，这种情况下 T仍可以按同法校正之
三、仪器药品
外槽恒温式氧弹卡计（一个） 氧气钢瓶（一瓶）
压片机（2台）
数字式贝克曼温度计（一台）
0?100C温度计（一支）
万用电表（一个）
扳手（一把）
萘（A .R）
苯甲酸（或燃烧热专用）
铁丝（10cm长）
四、实验步骤
（1） 称取约左右的苯甲酸和点火丝质量， 记录m苯甲酸和m铁，将称取的苯甲酸和 点火丝一起压片，再将压成的样品称重，记录 m样+铁。
（2） 将样品点火丝分别绑在氧弹卡记的两极上，旋紧氧弹盖，用万用表检查电 路是否通路，充氧气，反复充放 3次。
（3） 将氧弹插上电极，放入水桶内，加入水 3000mL盖上盖子，打开搅拌器， 用温度计测定环境温度T。
（4） 插上贝克曼温度计探头，待温度稳定后，每隔 30s读贝克曼温度计一次，
记录10个数据，迅速按下点火键，仍 30s读数一次，直到温度出现最高点，此 阶段的温度作为燃烧期间的温度，当温度升到最高点并开始下降后仍每隔 30s
记录一次数据，记录10个数据。
（5） 关闭电源，取下贝克曼温度计，拿出氧弹，放气，旋开氧弹盖，检查样品
燃烧结果。若燃烧安全，称量剩下的铁丝，倒去铜水桶的水并用毛巾擦干。
（6） 称取左右萘，重复（2） -（ 5）操作。
五、注意事项
1、 为避免腐蚀，必须清洗氧弹。
2、 点火成败是实验关键，实验前应仔细安装点火丝。点火丝不应与弹体内壁接 触，避免点火后发生短路。
3、 实验结束后，一定要把未燃烧的铁丝重量从公式中减掉。
4、 样品压片力度须适中。
六、数据处理
数据记录
（1）、数据整理如下:
第一次测量苯甲酸样品
点火丝的质量
m铁/g
燃烧后剩下
点火丝的质
量m铁i/g
燃烧的点火丝质量/g
压片质量m压
/g
苯甲酸1质
量m样/g
系统温度/ c
t /
min
温度/ c
t /
min
温度/ c
t /
min
温度/ c
t / min
温度/ c
第二次测量苯甲酸样品
点火丝的质量
m铁/g
燃烧后剩下
点火丝的质
量m铁i/g
燃烧的点火丝质量/g
压片质量m压
苯甲酸2质
系统温度/ c
/g 量m样/g
t /
min
温度/ c
t /
min
温度/ c
t /
min
温度/ c
t / min
温度/ c
第一次测量萘样品
点火丝的质量
m铁/g
燃烧后剩下
点火丝的质
量m铁i/g
燃烧的点火丝质量/g
压片质量m压
/g
萘1质量m样/g
系统温度/ c
t /
min
温度/ c
t /
min
温度/ c
t/ min
温度/ c
t / min
温度/ c
第二次测量萘样品
点火丝的质量
m铁/g
燃烧后剩下
点火丝的质
量m铁i/g
燃烧的点火丝质量/g
压片质量m压/g
萘2质量m样/g
系统温度/ c
t /
min
温度/ c
t /
min
温度/ c
t/ min
温度/ c
t / min
温度/ c
数据处理
、计算仪器常数的计算
查表可得苯甲酸标准状况下其摩尔燃烧焓cHH= — mol
苯甲酸燃烧反应方程式为：
C7H6O2G) + 7.50(g) 3战0(1) + 7CQ(g)
由 △ rHm ― cHm ― Q,m = Q,m + △
nRT (1)
得苯甲酸标准状况下其恒压摩尔燃烧热为
3
Qv, m cHm nRT 3226.9KJ / mol 0.5 8.314J/(K mol) 298.15K 10 KJ / J
3228.14KJ /mol
如果不考虑温度的变化对标准燃烧热的影响， 我们将这次该实验条件下苯甲酸的
恒容燃烧热近似认为恒容摩尔燃烧热。
计算仪器常数C
（m
（m苯甲酸Qv苯甲酸）/122.12 m
△ T
式中：Qv苯甲酸 ——为苯甲酸恒容摩尔燃烧热， KJ/mol ;
C――仪器常数，kJ ? K 1；
T――样品燃烧前后量热计温度的变化值;
Qv点火丝为点火丝的恒容燃烧热（—
Qv点火丝
为点火丝的恒容燃烧热（—? g1）
m点火丝
为点火丝的质量，g;
A(5 5.?4 398)/
A(5 5.?4 398)
/ AT=1 048K
I B(6 5 23 35C)
I ' I ■ I ■ I
10 15 20 25
时旬/ min
m苯甲酸 为苯甲酸的质量，g
利用雷诺作图法处理结果如下图：
苯甲酸1燃烧温疫一时间支牝韭我圈
24 .8 -
24 6
24 4-
24.2 -
240-
温嗖rc .
230-
23 4 -
23 2 -
?3 0 -
图一：苯甲酸1
时便I min
图二：苯甲酸2
由图一、二可得苯甲酸燃烧引起卡计温度变化差值分别为
△ Ti= K △ Ti= K
现将计算C值所需数据及计算结果整理如下:
样品
温差
△「/ K
点火丝
质里/g
苯甲酸恒容
燃烧热
KJ /mol
点火丝燃
烧 热
KJ /g
苯甲酸 用量
/g
C/
KJ /K
C平均值
KJ /K
苯甲酸1
苯甲酸2
计算萘的燃烧热
由公式可得，萘的恒容燃烧热：
一 (C △ T m点火丝? Q点火丝)128.18
Q萘
式中：Qv萘——为萘恒容摩尔燃烧热，KJ/mol ;
K ――仪器常数，kJ ? 1 ;
T――样品燃烧前后量热计温度的变化值；
Qv
Qv 点火丝
为点火丝的恒容燃烧热（—? g-1）
m点火丝——为点火丝的质量，g；m^ —为萘的质量，g
m点火丝——为点火丝的质量，g；
m^ —为萘的质量，g
利用雷诺作图法处理结果如下图:
蔡1遨烧温度一时间变化曲线罢
23.8
23 6?
23 4 -
23.2 ?
23 0
22 8 -
22.6
22 4 -
22.2
22 0-
? ] ? I ■ I " I ' I ■ ]?]?]? I " I " I ' I r I ■ I
0 2 4 5 8 10 112 14 16 18 20 22 24 26 28
时间/ min
1,23.596）
AT-1 265K
图四：萘2
样品
温
差
△
Ti/
K
点火丝
质量/g
点火丝
燃烧热
KJ /g
萘用量/g
C
KJ / mol
恒容摩尔
燃烧热
KJ / mol
平均值
KJ / mol
萘1
萘2
萘的恒压摩尔燃烧热
由(2)可得萘的恒容摩尔燃烧热
故根据燃烧方程式：
CsHeG) 10.502(g) 8CO2(g) 5H2OQ)
可得萘的燃烧焓：
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2、实验过程等讨论
2、实验过程等讨论
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Qp,m Qv,m △ nRT
两次实验其系统温度分别为c和c
计算后取平均值得萘在时其摩尔燃烧热为
KJ/mol」 一 t」 . ■- I ： ■ . 丿 ■- ■. ■ I . ■
如果不考虑温度的变化对标准燃烧热的影响， 我们将这次该实验条件下（）萘的
恒压燃烧热近似认为恒压摩尔燃烧热。
七、讨论分析
1、实验结果讨论分析
（1）实验误差计算
查表得，Qp,m （萘，25C ）= — kJ/mol
Qp,m测量 Qp.m理论值
相对误差=| — | 100% 0.325%
相对误差=
Qp.m理论值
（2）实验误差来源分析
药片质量：压片后称重总质量，通过简单计算得到药片质量。在固定药片至 电极的过程中以及转移的过程中，可能有药片粉末的脱落。此外，考虑到实 验中是徒手操作，手上的油脂等杂物可能粘附在药片上，导致实际燃烧的物 质并不是理论质量的物质，使得测量结果不准确。因此，要药片要压实，且 最好戴着手套操作。
系统绝热效果：系统并不是理想的绝对绝热，可能引入误差。
搅拌器功率较大，搅拌器不断引进的能量引入误差。
处理恒容摩尔燃烧热和恒压摩尔燃烧热时，没有找到苯甲酸和萘的比热，所 以不能算得出时的值，本实验结果是近似处理。
（1） 注意事项
把苯甲酸在压片机上压成圆片时，压得太紧 ，点火时不易全部燃烧；压得太
松,样品容易脱落；要压得恰到好处。样品的质量过大或者过小也会造成误 差。
将压片制成的样品放在干净的滤纸上 ，小心除掉有污染和易脱落部分，然后
在分析天平上精确称量。
安装热量计时，插入精密电子温差测量仪上的测温探头，注意既不要和氧
弹接触,又不要和内筒壁接触，使导线从盖孔中出来，接触了对测温造成误差。
防止电极短路，保证电流通过点火线。
氧弹充气不离人，一只手始终抓住充气阀，以免意外情况下弹盖或阀门向外 冲出。
热量计的绝热性能应该良好，但如果存在有热漏，漏入的热量造成误差；搅拌 器功率较大，搅拌器不断引进的能量形成误差。
（2） 实验心得
充分体会到计算机程序的强大，数据的原始记录和进一步的处理，若有人工 完成，一方面计算繁琐，另一方面误差较大。而计算机程序则迅速精确的实现数 据的处理，无论对于实验者还是实验质量的提高都相当有益。
八、结论
cHm （萘 ， ）
= KJ/mo|Qp 二-52H-3Q6 i 2. 5 X 6.3M X 却3一 1$ 二- 520t. iTlKJ/nol
九、思考题
1、实验测量得到的温度差值为何要经过雷诺作图校正，还有那些误差来源
会影响测量结果。
答：内水桶不是完全绝热，体系和环境之间的热交换途径有：传导、对流、 辐射、蒸发和机械搅拌。为了校正这部分损失，用雷诺图解法进行校正。其他误 差来源在结果讨论中已讨论。
2、 什么是卡计和水的热当量如何测得
答：卡计和水的比热容C就是热当量。本实验通过样品苯甲酸可以测得。
3、 测量燃烧热两个关键要求是什么如何达到
答：1、实验系统绝热2、样品完全燃烧以及放出的热完全被吸收。保证系统 绝热良好效果采用本实验外槽恒温式氧弹卡计， 而样品完全燃烧需要保证样品的 压片质量要高，以及充氧要充分。
十、参考文献
.南京大学物理化学教研室 傅献彩，沈文霞，姚天扬?物理化学，第四版
（上，下册）.高等教育出版社,1990.
.崔献英,柯燕雄,单绍纯.物理化学实验,中国科学技术大学出版社,
2000.
.《燃烧热测定实验研究》李森兰，杜巧云，王保玉 大学化学，2001.