燃烧焓的侧定

报告人： 同组人： 实验时间2010年06月07日

一、实验目的

1.掌握有关热化学实验的一般知识和技术。 2.掌握氧弹的构造及使用方法。 3.用氧弹式量热计测定萘的燃烧焓。

二、实验原理

当产物的温度与反应物的温度相同，在反应过程中只做体积功而不做其它功时，化学反应吸收或放出的热量，称为此过程的热效应，通常亦称为“反应热”。热化学中定义:在指定温度和压力下，一摩尔物质完全燃烧成指定产物的焓变，称为该物质在此温度下的摩尔燃烧焓，记作ΔCHm。上述条件下ΔH=Qp，ΔCHm也就是该物质燃烧反应的等压热效应Qp。在实际测量中，燃烧反应常在恒容条件下进行(如在弹式量热计中进行)，这样直接测得的是反应的恒容热效应QV（即燃烧反应的摩尔燃烧内能变ΔCUm）。ΔCHm和ΔCUm的关系为:

vB(g)为燃烧反应方程中各气体物质的化学计量数。产物取正值，反应物取负值。

通过实验测得QV值，根据上式就可计算出Qp，即燃烧焓的值ΔCHm。仪器称作量热计，

本实验是用氧弹式量热计进行萘的燃烧焓的测定。

在盛有定量水的容器中，放入内装有W克样品和氧气的密闭氧弹，然后使样品完全燃烧，放出的热量传给水及仪器，引起温度上升。设系统（包括内水桶，氧弹、测温器件，搅拌器和水）的热容为C（量热计每升高1K所需的热量），而燃烧前、后的温度为T1、T2，则此样品的摩尔燃烧内能变为:

式中，ΔCUm为样品的摩尔燃烧内能变(J·mol);M为样品的摩尔质量(g·mol);W为样品的

-1

质量(g);C为仪器的热容(J·K)，也称能当量或水当量。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，按上式即可求出C。

氧弹式量热计有两类:一类称绝热式氧弹量热计，装置中有温度控制系统，实验过程中，环境与实验体系的温度始终相同或始终略低0.3℃，热损失可以降低到极微小程度，可以直接测出初温和最高温度;另一类为环境恒温量热计，量热计的最外层是温度恒定的水夹套，实验体系与环境之间有热交换，因此需由温度—时间曲线(即雷诺曲线)确定初温和最高温度。

环境恒温量热计 称适量待测物质，使燃烧后水温升高1.5℃～2.0℃。预先调节水温低于室温0.5℃～1.0℃。然后将燃烧前后历次观察的水温对时间作图，联成FHIDG折线(图Ⅲ-1-5)，图中H相当于开始燃烧之点，D为观察到的最高温度读数点，作相当于室温之平行线JI交折线于I过I点作ab垂线，然后将FH线和GD线外延交ab线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ΔT，图中AA′为开始燃烧到温度上升至室温这一段时间Δt1内，由环境辐射进来和搅拌引进的能量而造成体系温度的升高必须扣除，CC′为温度由室温升高到最高点D这一段时间Δt2内，体系向环境辐射出能量而造成体系温度的降低，因此需要添加上。由此可见AC两点的温差是较客观地表示了由于样品燃烧促使量热计温度升高的数值。

-1

-1

三、仪器药品

1. 仪器：环境恒温氧弹量热计;氧气钢瓶;氧气表;压片机;贝克曼温度计;水银温度计;分析

天平；碱式滴定管；锥形瓶；容量瓶。

-3

2. 药品：苯甲酸; 萘; 燃烧丝; 棉线; NaOH溶液(0.1000mol·dm); 酚酞。 四、实验步骤

仪器热容的测定：测定仪器热容的方法，是用已知燃烧焓值的苯甲酸在氧弹内燃烧，放出热

量，使量热体系温度升高ΔT，则仪器的热容量C为:

(1)取苯甲酸0.8g～1g，压片机压成片状，刷去样品屑，分析天平上准确称重后备用。 (2)截取长度为12cm的燃烧丝，用分析天平准确称重备用。 (3)拧开氧弹盖放在专用支架上，放入10mL蒸馏水。将准确称重的样品片放入不锈钢燃烧皿内，再将已称重的燃烧丝两端分别缠紧在弹盖的两支电极上，并使燃丝的中部抵在样品片上，但不能与燃烧皿壁接触。用万用表检查是否通路。

(4)旋紧氧弹盖子。旋紧排气孔，将进气孔上的螺丝旋下，换接导气管的螺栓，导气管另一端与氧气瓶上的氧气减压阀连接，打开氧气钢瓶上的阀门，旋转减压阀，使表上指针指到10kg·cm-2即可，氧气即充入弹内。关闭氧气钢瓶阀门及减压阀，拧下氧弹上的导气管螺栓，将原来的螺丝装好，用万用表检查两电极是否为通路。

(5)将充氧之后的氧弹放入量热计内筒中的金属支架上，用容量瓶准确量取2250mL自来水（温度应与室温相同或略低于室温）倒入内筒，将氧弹淹没。检查氧弹是否漏气。

(6)接上点火电极的导线，将已调好的贝克曼温度计放入内筒，盖好盖板，开动搅拌马达。 (7)搅拌几分钟，使水温稳定上升（小于0.002℃/min），开秒表，作为实验开始时间，每1min读取贝克曼温度计一次，继续10min。自开秒表到点火，称为前期，相当于图中的FH。按下点火器开关，通电点火，若点火指示灯熄灭，则表示氧弹内已着火燃烧，立即关闭点火开关，此时体系温度迅速上升，进入反应期，相当于图中的HD。反应期，温度变化十分迅速，每30s记录一次温度。如果点火后2min内温度变化很小，说明样品未燃烧，点火

失败，必须一切从头开始。 当温度升到最高点以后，温度变化缓慢，进入了末期，相当于图中的DG，读数仍改为0.5min一次，共继续5min，方才可以停止实验。

(8)关闭电源，小心取出贝克曼温度计，取出氧弹，旋开放气阀门，泄去废气，打开弹盖，观察弹内，如果有黑色残物或未燃尽的试样，说明燃烧不完全，实验失败。反之，则实验成功。用蒸馏水洗涤氧弹内壁三次，将洗涤液收集在250mL锥形瓶内，煮沸片刻，冷却后，用0.100mol·dm-3NaOH溶液滴定。 称量剩余的燃烧丝的重量，将氧弹洗净，擦干备用。 (9)萘燃烧内能变的测定

称取0.6g～0.8g萘，用上述方法进行测定。

注意事项：使用氧气钢瓶，一定要按照要求操作，注意安全。往氧弹内充入氧气时，一定不能超过指定的压力，以免发生危险；燃烧丝与两电极及样品片一定要接触良好，而且不能有短路。；测定仪器热容与测定样品的条件应该一致。 五、数据处理

苯甲酸燃烧试验数据

前期 0.007 0.009 0.013 0.017 0.022

0.025（点火） 主期 0.123 0.337 0.667 0.952 1.166 1.353 1.473 1.547 1.601 1.644 1.669 1.703 1.715 1.723 1.733 末期 1.735 1.736 1.74 1.745 1.734 1.735 1.736 1.734 1.733 1.732

室温：22.46℃ 外筒温度：21.35℃ 苯甲酸热值：-3227.51kj/mol V=(0.007-0.025)/10=-0.0018 v1=(1.733-1.732)/10=0.0001 △ t=（-0.0018+0.0001）*3/2+0.0001*12=0

a=0.8744g q*mb=-1525*（0.0087-0.0074）=-1.9825J

K =（-3227510*0.8744/122-1.9825）/（1.733-0.026）=-135502J/℃ 萘的燃烧热试验数据

前期

0.129 0.152 0.171 0.183 0.192

主期 末期 0.199 3.49 0.204 3.489 0.331 3.49 0.767 3.489 1.331 3.486 1.746 3.484 2.011 3.482

2.106 2.391 2.576 3.229 3.359 3.402 3.427 3.459 3.463 3.481 3.488

3.482 3.479 3.475

V=（0.129-0.192）/10=-0.063 v1=（3.49-3.475）/10=0.0015 △ t=（-0.063+0.0015）*5/2+0.0015*15=-0.13125℃ 萘的质量m=1.1789g

Q*mb=-1225*（0.0089-0.0002）=-10.6575J Qv,m=（（K*(T2-T1)+t）-q*mb）*M/m， H=Qv,m-2RT=（（-135502*（3.488-0.193）-0.13125）-10.6575）*128/1.1789=5078.99KJ/mol

六 注意事项

（1）样品压片要压紧；

（2）氧弹充气是要注意安全，注意操作时，人应站在侧面，手上不可有油腻物； （3）每次使用钢瓶时，应在指导老师指导下进行；

（4）试样燃烧含的测定和仪器常数的测定，尽可能的在相同的田间下进行； （5）未取出温度传感器，不得打开量温计的盖子。

七 思考题

（1）本实验中如何考虑系统与环境？

答：钢瓶及其内部的药品为系统，钢瓶以外的就是环境。

（2）固体样品为什么样压成片状，如何测定液体样品的燃烧热?

答： 压成片状是为了燃烧的更彻底，燃烧的更加完全。液体的燃烧热的测定也应该是采取相同的测量方法，只是坩埚不可以用铁坩埚，而且量必须很少，才能用镍丝点燃。 （3）如何用萘的燃烧焓数据计算萘的标准生成焓？

答：这个通过方程可以知道，反应中的燃烧焓等于反应的焓变，而焓变等于产物的生成焓减去反应物的生成焓，通过简单的运算就可以得出最后的结果，即萘的标准生成焓。