第一篇：物化實驗報告：燃燒熱測定_苯甲酸_萘

華南師范大學(xué)實驗報告 課程名稱 物理化學(xué)實驗 實驗項目 燃燒熱的測定 _________

【實驗?zāi)康摹?/p>

① 明確燃燒熱的定義，了解恒壓燃燒熱與恒容燃燒熱的區(qū)別。

② 掌握量熱技術(shù)的基本原理，學(xué)會測定奈的燃燒熱。

③ 了解氧彈卡計主要部件的作用，掌握氧彈量熱計的實驗技術(shù)。

④ 學(xué)會雷諾圖解法校正溫度改變值。

【實驗原理】

燃燒熱是指 1 摩爾物質(zhì)完全燃燒時所放出的熱量。在恒容條件下測得的燃燒熱稱為恒容燃燒熱（O v）, 恒容燃燒熱這個過程的內(nèi)能變化（△ U）

。在恒壓條件下測得的燃燒熱稱為恒壓燃燒熱（Q p）,恒壓燃燒熱 等于這個過程的熱焓變化（△ H）。若把參加反應(yīng)的氣體和反應(yīng)生成的氣體作為理想氣體處理，則有下列關(guān) 系式：

-c H m = Q p = Q + A n RT（1）

本實驗采用氧彈式量熱計測量蔗糖的燃燒熱。測量的基本原理是將一定量待測物質(zhì)樣品在氧彈 中完全燃燒，燃燒時放出的熱量使卡計本身及氧彈周圍介質(zhì)（本實驗用水）的溫度升高。

氧彈是一個特制的不銹鋼容器（如圖）為了保證化妝品在若完全燃燒，氧彈中應(yīng)充以高壓氧氣（或者 其他氧化劑），還必須使燃燒后放出的熱量盡可能全部傳遞給量熱計本身和其中盛放的水，而幾乎不與周 圍環(huán)境發(fā)生熱交換。

但是，熱量的散失仍然無法完全避免，這可以是同于環(huán)境向量熱計輻射進熱量而使其溫度升高，也可以是由于量熱計向環(huán)境輻射出熱量而使量熱計的溫度降低。因此燃燒前后溫度的變化值不能直接準(zhǔn)確 測量，而必須經(jīng)過作圖法進行校正。

放出熱（樣品 + 點火絲）

=吸收熱（水、氧彈、量熱計、溫度計）

量熱原理一能量守恒定律 在盛有定水的容器中，樣品物質(zhì)的量為 n 摩爾，放入密閉氧彈充氧，使樣品完全燃燒，放出的熱量傳 給水及儀器各部件，引起溫度上升。設(shè)系統(tǒng)（包括內(nèi)水桶，氧彈本身、測溫器件、攪拌器和水）的總熱容 為 C（通常稱為儀器的水當(dāng)量，即量熱計及水每升高 1K 所需吸收的熱量），假設(shè)系統(tǒng)與環(huán)境之間沒有熱交 換，燃燒前、后的溫度分別為 T 1、T 2 ,則此樣品的恒容摩爾燃燒熱為 ：

（2）

1）

;n 為樣品的摩爾數(shù)（mol）

;C 為儀器的總熱容 J ? K-1

圖 1 氧彈量熱計構(gòu)造示意圖圖 2 氧彈構(gòu)造示意圖 1、氧彈—厚壁圓筒； 2 —彈蓋 2、內(nèi)水桶（量熱容器）—螺帽； 4 —進氣孔 3、電極 4、溫度計 5 —排氣孔； 6 —電極 5、攪拌器 6、恒溫外套 8 —電極（也是進氣管）

但是，由于（1）:氧彈量熱計不可能完全絕熱，熱漏在所難免。

因此，燃燒前后溫度的變化不能直接 用測到的燃燒前后的溫度差來計算，必須經(jīng)過合理的雷諾校正才能得到準(zhǔn)確的溫差變化。

（2）多數(shù)物質(zhì)不 能自燃，如本實驗所用萘，必須借助電流引燃點火絲，再引起萘的燃燒，因此，等式（2）左邊必須把點 火絲燃燒所放熱量考慮進去就如等式（3）:-nQ v,m-m 點火絲Q點火絲 HC

（3 3）

式中：

m 點火絲為點火絲的質(zhì)量，Q 點火絲為點火絲的燃燒熱，為-6694.4 J / g，?汀為校正后的溫度 升高值。

儀器熱容的求法是用已知燃燒焓的物質(zhì)（如本實驗用苯甲酸），放在量熱計中燃燒，測其始、末溫度，經(jīng)雷諾校正后，按上式即可求出 Co 雷諾校正：消除體系與環(huán)境間存在熱交換造成的對體系溫度變化的影響。

方法：將燃燒前后歷次觀察的貝氏溫度計讀數(shù)對時間作圖，聯(lián)成 FHDG 線如圖 2-1-2。圖中 H 相當(dāng)于 開始燃燒之點，D 點為觀察到最高溫度讀數(shù)點，將 H 所對應(yīng)的溫度 T 1 , D 所對應(yīng)的溫度 T 2 ,計算其平均溫 度，過 T 點作橫坐標(biāo)的平行線，交 FHDG 線于一點，過該點作橫坐標(biāo)的垂線 a, 然后將 FH 線和 GD 線外延交 a 線于 A、C 兩點 ,A 點與 C 點所表示的溫度差即為欲求溫度的升高 厶 T o 圖中 AA 表示由環(huán)境輻射進來的熱 量和攪拌引進的能量而造成卡計溫度的升高，必須扣除之。

CC 表示卡計向環(huán)境輻射出熱量和攪拌而造成 卡計溫度的降低，因此，需要加上，由此可見，AC 兩點的溫度差是客觀地表示了由于樣品燃燒使卡計溫度 升高的數(shù)值 有時卡計的絕熱情況良好，熱漏小，而攪拌器功率大，不斷稍微引進熱量，使得燃燒后的最高點不出 現(xiàn)，如圖 2-1-3，這種情況下?汀仍可以按同法校正之。

【實驗儀器與藥品】

儀器：

外槽恒溫式氧彈卡計（一個）

；氧氣鋼瓶（一瓶）

；壓片機（2 臺）

;數(shù)字式貝克曼溫度計（一臺）

;0 ? 100 C 溫度計（一支）

；萬用電表（一個）；扳手（一把）

;藥品：

萘（A.R）；苯甲酸（A.R 或燃燒熱專用）；鐵絲（10cm 長）； 【實驗步驟】

一、量熱計常數(shù) K 的測定。、苯甲酸約 1.0g，壓片，中部系一已知質(zhì)量棉線，稱取潔凈坩堝放置樣片前后質(zhì)量 W1 和 W2。、苯甲酸約 1.0g，壓片，中部系一已知質(zhì)量棉線，稱取潔凈坩堝放置樣片前后質(zhì)量 W1 和 W2。、把盛有苯甲酸片的坩堝放于氧彈內(nèi)的坩堝架上，連接好點火絲和助燃棉線。、蓋好氧彈，與減壓閥相連，充氣到彈內(nèi)壓力為 1.2MPa 為止。、把氧彈放入量熱容器中，加入 3000ml 水。、插入數(shù)顯貝克曼溫度計的溫度探頭。

&接好電路，計時開關(guān)指向 “1 分”，點火開關(guān)到向“振動”，開啟電源。約 10min 后，若溫度變化 均勻，開始讀取溫度。讀數(shù)前 5s 振動器自動振動，兩次振動間隔 1min ,每次振動結(jié)束讀數(shù)。、在第 10min 讀數(shù)后按下“點火”開關(guān)，同時將計時開關(guān)倒向“半分”，點火指示燈亮。加大點火 電流使點火指示燈熄滅，樣品燃燒。燈滅時讀取溫度。、溫度變化率降為 0.05 ° C-min-1 后，改為 1min 計時，在記錄溫度讀數(shù)至少 10min ,關(guān)閉電源。

先取出貝克曼溫度計，再取氧彈，旋松放氣口排除廢氣。、稱量剩余點火絲質(zhì)量。清洗氧彈內(nèi)部及坩堝。

二、萘的恒容燃燒熱的測定 1、取萘 0.6g 壓片，重復(fù)上述步驟進行實驗，記錄燃燒過程中溫度隨時間變化的數(shù)據(jù)。

【注意事項】

① 為避免腐蝕，必須清洗氧彈

② 點火成敗是實驗關(guān)鍵。應(yīng)仔細安裝點火絲和坩堝。點火絲不應(yīng)與彈體內(nèi)壁接觸，坩堝支持架不應(yīng)與 另一電極接觸。

③ 每次實驗前均應(yīng)稱量坩堝。

【文獻值】

恒壓燃燒熱 kcal/mol kJ/mol J/g 測定條件 苯甲酸-771.24-3226.9-26410 p?,2 5 C 萘-1231.8-5153.8-40205 p?,25 C C p , m(H 2 OI)= 75.291 J/mol?K

C p , m(CO 2 g)= 37.11 J/mol?K C p，m(O 2 g)= 29.36 J/mol?K C p , m(苯甲酸 s)= 146.8 J/mol 水 C p , m

(萘 s)= 165.7 J/mol?K 【實驗數(shù)據(jù)與處理】

［實驗原始數(shù)據(jù) ］ 第一組測定的數(shù)據(jù)：苯甲酸① 點火絲：

0.0121g 苯甲酸 + 點火絲（精測）：

1.5072g 點火后剩余：

0.0040g 苯甲酸凈含量：

1.4951g 點火絲消耗質(zhì)量：

8.1 X 10-3

g

時間 /t（60s 每次）

溫度 /T(C)時間 /t（15s 每次）

溫度 /T(C)時間 /t（15s 每次）

溫度 /T(C)1 7.871 8 10.092 26 10.550 2 7.874 9 10.161 27 10.557 3 7.875 10 10.220 28 10.564 4 7.877 11 10.268 29 10.570 5 7.880 12 10.306 30 10.574 6 7.882 13 10.340 31 10.579 7 7.885 14 10.368 時間 /t（60s 每次）

溫度 /T(C)8 7.886 15 10.394 1 10.583 9 7.890 16 10.418 2 10.600 10 7.891 17 10.439 3 10.608 時間 /t（15s 每次）

溫度 /T(C)18 10.456 4 10.611 1 8.364 19 10.472 5 10.614 2 8.672 20 10.486 6 10.613 3 9.074 21 10.501 7 10.612 4 9.377 22 10.513 8 10.610 5 9.638 23 10.523 9 10.608 6 9.834 24 10.532 10 10.606 7 9.983 25 10.542

第二組測定的數(shù)據(jù)：苯甲酸② 點火絲：

0.0120g 苯甲酸 + 點火絲（精測）：

1.2750g 點火后剩余：

0.0088g 苯甲酸凈含量：/ 點火絲消耗質(zhì)量：

.2630g 3.2 X 10-3 g

時間 /t（60s 每次）

溫度 /T(C)時間 /t（30s 每次 溫度 /T(C)時間 /t（30s 每次）

溫度 /T(C)1 8.128 8 10.071 26 10.421 2 8.136 9 10.115 27 10.428 3 8.143 10 10.154 28 10.433 4 8.149 11 10.191 29 10.437 5 8.154 12 10.214 30 10.450 6 8.156 13 10.248 時間 /t（60s 每次）

溫度 /T(C 7 8.169 14 10.274 1 10.461 8 8.164 15 10.292 2 10.467 9 8.167 16 10.311 3 10.472 10 8.170 17 10.328 4 10.474 時間 /t（15s 每次）

溫度 /T(C)18 10.341 5 10.474 1 8.540 19 10.357 6 10.475 2 8.925 20 10.368 7 10.474 3 9.327 21 10.379 8 10.472 4 9.577 22 10.390 9 10.471 5 9.789 23 10.398 10 10.470 6 9.915 24 10.406

10.007 25 10.415

第三組測定的數(shù)據(jù)：萘① 點火絲：

0.0140g 萘 + 點火絲（精測）：

1.0051g 點火后剩余：

0.0061g 萘凈含量：

0.9911g 點火絲消耗質(zhì)量：

7.9 X 10-3

g

時間 /t（60s 每次）

溫度 /T(C)時間 /t（30s 每次 溫度 /T(C)時間 /t（30s 每次）

溫度 /T(C)1 8.100 8 10.358 26 10.840 2 8.105 9 10.435 27 10.846 3 8.109 10 10.494 28 10.850 4 8.113 11 10.541 29 10.854 5 8.115 12 10.580 時間 /t（60s 每次）

溫度 /T(C 6 8.119 13 10.615 1 10.865 7 8.121 14 10.643 2 10.872 8 8.124 15 10.669 3 10.877 9 8.127 16 10.691 4 10.878

8.130 17 10.713 5 10.878 時間 /t(15s 每次)溫度 /T(C)18 10.747 6 10.879 1 8.435 19 10.762 7 10.877 2 8.845 20 10.774 8 10.875 3 9.236 21 10.787

9.571 22 10.790

9.968 23 10.807

10.119 24 10.823

10.259 25 10.829

［ 實驗數(shù)據(jù)的處理 ］ ① 雷諾校正作圖 ② 計算卡計的熱容 C,并求出兩次實驗所得水當(dāng)量的平均值。

苯甲酸的燃燒反應(yīng)方程式為：

C 7 H 6 O 2(s)+^O 2(g 戸 7CO 2(g)+3H 2 O(l), A c H^-3226.0kJ moL 根據(jù)基爾霍夫定律: 15--△ C p, m = 7 X C p, m(CO,g)+ 3 X C p, m(H 2 O,l)— G, m(苯甲酸 ,s)—

---

C p, m(Q,g)2 = 154.6805 J/mol ?K ???當(dāng)室溫為 26.0 C 時苯甲酸的燃燒焓為：

△ cHn(26.0 《)=△ c H.(25.0 C)+ △ C p X^ T =-3226.9 + 154.6805 X(26.0-25.0)X 10-3

=-3225.84 kJ/mol 則：苯甲酸的恒容摩爾燃燒熱為：

Q V

= △ c U m =A c Hi — RT 刀 B V B ?)=-3225.84 — 8.314 X 299.15 X(7 — 7.5)X 10-3

=-3224.6 kJ/mol 又: nQ =-C △ T-Q V 點火線 ? m 點火線 ?(I)苯甲酸①燃燒的數(shù)據(jù)處理：

Q 點火絲 ? m 點火絲 =-6694.4 X 10-3

X 3.7 X 10-3

=-0.02477 kJ

C =(15.517 + 15.866)+ 2 = 15.692 kJ/ C ③ 計算萘的恒容摩爾燃燒熱 Q V，m C=-nQv，m-Q 絲 5 絲 = AT

0 4354(-3224.6)-(-0.006025)122.12

= 15.866 kJ/ C 31.373-30.648(n)苯甲酸②燃燒的數(shù)據(jù)處理: Q 點火絲 ? m 點火絲 =-6694.4 X 10-3

X 9 X 10-4

=-6.025 X 10-3

kJ(川)兩次實驗所得水當(dāng)量的平均值為:

根據(jù)公式：

nQ =-C

△ T-Q V 點火線 ? m 點火線 則：(I)萘①燃燒的數(shù)據(jù)處理：

_3 _3 Q 點火絲 ? m 點火絲 =-6694.4 X 10 _ 3

X 5.4 X 10 _ 3

=-0.03615 kJ Q V , m =(-C △ T-Q V 點火線 ? m 點火線)/n-15.692 29.695-28.47-0.03615 一 c … _ = =— 5217.9 kJ/mol 0.4731 128.18(n)萘②燃燒的數(shù)據(jù)處理：

Q 點火絲 ? m 點火絲 =-6694.4 X 10-3

X 1.7 X 10-3

=-0.01138 kJ Q V , m =(-C △ T-Q

V 點火線 ? m點火線)/n-15.692 28.867-27.627-0.01138 = =— 5178 kJ/mol 0.4819 128.18(川)萘的恒容摩爾燃燒熱平均值為 Q v , m

=(— 5217.9 — 5178)+ 2 = — 5197.5 kJ/mol ④ 求萘的恒壓摩爾燃燒熱 Q , m(即△ c Hn)萘燃燒的化學(xué)方程式為：

C 10 H 8 s 12O 2 g > 10CO 2 g 4H 2 O l "、B(g)=— 2，B 根據(jù)基爾霍夫定律：

? C p , m = 10 X C p，m(CO 2 ,g)+ 4 X C p，m(H 2 O,l)— C p，m(奈 ,s)— 12C p > m(O 2 ,g)= 154.304 J/mol?K ? 26.0 C 時奈的燃燒焓為：

△ c H m(26.0 《)=△ c U k + RT 刀 BW(g)=— 5206.63 + 8.314 X 299.15 X(— 2)X 10-3

=— 5211.604 kJ/mol ⑤ 由基爾霍夫定律將△ cHn(T)換成△ cf(298.15K)，并與文獻比較 △ c H m(25.0 《)=△ c Hn(26.0 《)+△ GXA T =— 5211.604 + 154.304 X(25.0 — 26.0)X 10-3

=— 5211.758 kJ/mol 相對誤差：二 十 5 211.75 8

-(?53 8)|

go%” ％ 5153.8 【實驗結(jié)果與討論】

實驗求得萘的燃燒熱 Q, 實 與文獻值 Q, 標(biāo)二』 153.85 kJ mol 」的誤差為 1.12%（小于 3%。可見本實驗溫 度對萘的燃燒焓值

影響很小，實驗結(jié)果較為準(zhǔn)確。產(chǎn)生誤差的原因除了儀器誤差之外，主要還有以下幾個 方面：

① 使用雷諾圖解法時，要做切線，切線分別表示正常溫度上升和量熱系統(tǒng)溫度降低，切線擬合的結(jié)果 對△ T 的影響很大，此次實驗結(jié)果很大程度上取決于這一步數(shù)據(jù)處理。

② 在實驗進行過程中，夾套水溫也不可能恒定，這會對 △ T 的求算造成影響。但是夾套中水很多，且 為了調(diào)零水溫只比夾套水溫 1K 左右，所以此誤差可以忽略，這也是步驟中調(diào)整水溫的原因。

③ 萘為易揮發(fā)性物質(zhì)，壓片稱量后應(yīng)該迅速放入氧彈中，以免因揮發(fā)而損失過多的質(zhì)量，給實驗帶來 誤差，使實驗結(jié)果偏大。

④ 氧彈內(nèi)可能存在少量空氣，空氣中 N 2 的氧化會產(chǎn)生熱效應(yīng)。

⑤ 若試樣未完全燃燒，造成的影響很大，若有明顯的黑色殘渣，實驗應(yīng)重做。

⑥ 量取 3000mL 水使用的 2000mL 量筒的稱量誤差很大。

⑦ 水溫改變帶來的誤差：由于此次實驗是測量的內(nèi)桶的水溫，且總的波動不超過 3 C, 所以水溫的改 變會對實驗結(jié)果造成較大影響。

熱量交換很難測量，溫度或溫度變化卻很容易測量。本實驗中采用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)定法，根據(jù)能量守恒原 理，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)苯甲酸燃燒放出的熱量全部被氧彈及周圍的介質(zhì)等吸收，使得測量體系的溫度變化，標(biāo)定出 氧彈卡計的熱容。再進行奈的燃燒熱測量和計算。

測量體系與環(huán)境之間有熱量的交換，因為理想的絕熱條件是不可能達到的。同時影響熱量的交換量大小的 因素也比較多，①與體系、環(huán)境的材質(zhì)有關(guān)；②與體系、環(huán)境的接觸界面積大小有關(guān)；③與體系、環(huán)境的 溫差有關(guān)，所以要定量準(zhǔn)確地測量出體系與環(huán)境交換的熱量是比較困難的。如果有凈的熱量交換的話，將 會增大實驗的測量誤差。

在本實驗中采用的是恒容方法先測量恒容燃燒熱，然后再換算得到恒壓燃燒熱。原因為：①如果是使 用恒壓燃燒方法，就需要有一個無摩擦的活塞，這是機械摩擦的理想境界，是做不到的；②做燃燒熱實驗 需要盡可能達到完全燃燒，恒壓燃燒方法難于使另一反應(yīng)物 一一“氧氣”的壓力（或濃度）達到高壓，會造 成燃燒不完全，帶來實驗測定的實驗誤差。

【實驗評注與拓展】

（1）實驗關(guān)鍵：點火成功、試樣完全燃燒是實驗成敗關(guān)鍵，可以考慮以下幾項技術(shù)措施：

① 試樣應(yīng)進行磨細、烘干、干燥器恒重等前處理，潮濕樣品不易燃燒且有誤差。

壓片緊實度：一般硬到表面有較細密的光潔度，棱角無粗粒，使能燃燒又不至于引起爆炸性燃燒殘剩黑糊 等狀。

② 點火絲與電極接觸電阻要盡可能小，注意電極松動和鐵絲碰杯短路問題。

③ 充足氧（2MPa）

并保證氧彈不漏氧，保證充分燃燒。燃燒不完全，還時常形 成灰白相間如散棉絮狀。

④ 注意點火前才將二電極插上氧彈再按點火鈕，否則因儀器未設(shè)互鎖功能，極易發(fā)生（按攪拌鈕或 置 0 時）誤點火，樣品先已燃燒的事故。

（2）

氧彈內(nèi)預(yù)滴幾滴水，使氧彈為水汽飽和，燃燒后氣態(tài)水易凝結(jié)為液態(tài)水。

試樣在氧彈中燃燒產(chǎn)生的壓力可達 14MPa，長期使用，可能引起彈壁的腐蝕，減少其強度。故氧彈應(yīng) 定期進行 20MPa 水壓檢查，每年一次。

氧彈、量熱容器、攪拌器等，在使用完畢后，應(yīng)用干布擦去水跡，保持表面清潔干燥。恒溫外套（即 外筒）內(nèi)的水，應(yīng)采用軟水。長期不使用時應(yīng)將水倒掉。

氧彈以及氧氣通過的各個部件，各聯(lián)接部分不允許有油污，更不允許使用潤滑油，在必須潤滑時，可 用少量的甘油。

（3）

儀器應(yīng)置放在不受陽光直射的單獨一間試驗室內(nèi)進行工作。

室內(nèi)溫度和濕度應(yīng)盡可能變化小。

最適 宜的溫度是 20 _5 C。每次測定時室溫變化不得大于 1 C。因此。室內(nèi)禁止使用各種熱源，如電爐、火爐、暖氣等。

(4)如用貝克曼溫度計，其調(diào)節(jié)可以歸納為倒立連接、設(shè)定溫度、正立震斷和校驗四步，注意別讓水 銀過多地流向彎曲貯管，導(dǎo)致因水銀重而在正立時，玻管擴張?zhí)帓觳蛔?。也絕不允許放在電爐上烤等驟冷 驟熱情況出現(xiàn)。在精密的測量中，應(yīng)進行貝克曼溫度計的校正。

改進后的本實驗普遍采用熱敏電阻溫度計、鉑電阻溫度計或者

熱電堆等，相應(yīng)配以電橋、指示 mV 值，實際已轉(zhuǎn)換為溫度(數(shù)顯溫度計)的儀器，能 自動記錄溫度，精密度可達 10，~10^K。國產(chǎn)型號為半自動 HR — 15A(B)數(shù)顯微機型或 WHR — 15 全自動 微機型氧彈式熱量計。進入了全面啟用電腦處理數(shù)據(jù)的新時代。

(5)苯甲酸和萘燃燒產(chǎn)物的熱容差別因為產(chǎn)物量小而儀器熱容的基數(shù)相對較大而可以忽略。

(6)量熱方法和儀器多種多樣，可參閱復(fù)旦大學(xué)物理化學(xué)實驗教材。

量熱法廣泛用來測量各種反應(yīng)熱如 相變熱等。本實驗裝置除可用作測定各種有機物質(zhì)、燃料、谷物等固體、液體物質(zhì)的燃燒熱外，還可以研 究物質(zhì)在充入其它氣體時反應(yīng)熱效應(yīng)的變化情況。

【提問與思考】

(1)什么是燃燒熱？它在化學(xué)計算中有何應(yīng)用？ 答：在 101 kPa 時，1 mol 可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定的化合物時所放出的熱量，叫做該物質(zhì)的燃燒熱.單 位為 kJ/mol。反應(yīng)熱中 AH 為負，則為放熱反應(yīng)；為正，則為吸熱反應(yīng)，燃燒熱為反應(yīng)熱的一種，其 AH 為負值含相同碳原子數(shù)的烷烴異構(gòu)體中，直鏈烷烴的燃燒熱最大，支鏈越多燃燒熱越小。

⑵什么是卡計和水的熱當(dāng)量？如何測得？ 答：卡計和水當(dāng)量就是量熱儀內(nèi)筒水溫每升高一度所吸收的熱量(即量熱計的熱容量)。單位是：焦 耳 / 度 測法：用已知燃燒焓的物質(zhì)(如本實驗用的苯甲酸)，放在量熱計中燃燒，測量其始、末溫度，經(jīng)雷 諾校正后，按下式：

—n Q v,m — m 點火絲 Q 點火絲 =C AT 即可求出。

(3)測量燃燒熱兩個關(guān)鍵要求是什么？如何保證達到這兩個要求？答：

實驗關(guān)鍵：點火成功、試樣完全燃燒是實驗成敗關(guān)鍵，可以考慮以下幾項技術(shù)措施：

① 試樣應(yīng)進行磨細、烘干、干燥器恒重等前處理，潮濕樣品不易燃燒且有誤差。

壓片緊實度：一般硬到表面有較細密的光潔度，棱角無粗粒，使能燃燒又不至于引起爆炸性燃燒殘剩黑糊 等狀。

② 點火絲與電極接觸電阻要盡可能小，注意電極松動和鐵絲碰杯短路問題。

③ 充足氧(2MPa)并保證氧彈不漏氧，保證充分燃燒。燃燒不完全，還時常形 成灰白相間如散棉絮狀。

④ 注意點火前才將二電極插上氧彈再按點火鈕，否則因儀器未設(shè)互鎖功能，極易發(fā)生(按攪拌鈕或置 0 時)誤點火，樣品先已燃燒的事故。

(4)實驗測量到的溫度差值為何要經(jīng)過雷諾作圖法校正，還有哪些誤差來源會影響測量的結(jié)果？ 答：實際上，熱量計與周圍環(huán)境的熱交換無法完全避免，它對溫度測量值的影響可用雷諾溫度校正圖 校正。還可能帶來誤差的可能有：①實驗過程中的系統(tǒng)誤差；②可能與當(dāng)天的溫度和氣壓有關(guān)；③樣品可 能受潮使稱量時產(chǎn)生誤差；④樣品可能中可能含有雜質(zhì)。

第二篇：燃燒熱-物化實驗報告

燃燒熱的測定

姓名：憨家豪 學(xué)號：2012012026 班級：材23 同組人：趙曉慧 實驗日期：2014年4月19日 提交報告日期：2014年4月20日

實驗老師姓名：郭勛 引言

1．1 實驗?zāi)康?/p>

（1）熟悉彈式量熱計的原理、構(gòu)造及使用方法；（2）明確恒壓燃燒熱與恒容燃燒熱的差別及相互關(guān)系；（3）掌握溫差測量的實驗原理和技術(shù)；（4）學(xué)會用雷諾圖解法校正溫度改變值； 1．2 實驗原理

在指定溫度及一定壓力下，1 mol物質(zhì)完全燃燒時的定壓反應(yīng)熱，稱為該物質(zhì)在此溫度下的摩爾燃燒熱，記作△cHm。通常，完全燃燒是指C→CO2（g），H2→H2O（l），S→SO2（g），而N、鹵素、銀等元素變?yōu)橛坞x狀態(tài)。由于在上述條件下△H＝Qp，因此△cHm也就是該物質(zhì)燃燒反應(yīng)的等壓熱效應(yīng)Qp。

在實際測量中，燃燒反應(yīng)在恒容條件下進行（如在彈式量熱計中進行），這樣直接測得的是反應(yīng)的恒容熱效應(yīng)Qv（即燃燒反應(yīng)的△cUm）。若反應(yīng)系統(tǒng)中的氣體均為理想氣體，根據(jù)熱力學(xué)推導(dǎo)，Qp和Qv的關(guān)系為

=+?（1）

式中：T——反應(yīng)溫度，K；

? ——反應(yīng)前后產(chǎn)物與反應(yīng)物中氣體的物質(zhì)的量之差；

R——摩爾氣體常數(shù)。

通過實驗測得值，根據(jù)上式就可計算出，即燃燒熱的值。

測量熱效應(yīng)的儀器稱作量熱計。量熱計的種類很多。一般測量燃燒熱用彈式量熱計。本實驗所用量熱計和氧彈結(jié)構(gòu)如圖2-2-1和圖2-2-2所示。實驗過程中外水套保持恒溫，內(nèi)水桶與外水套之間以空氣隔熱。同時，還對內(nèi)水桶的外表面進行了電拋光。這樣，內(nèi)水桶連同其中的氧彈、測溫器件、攪拌器和水便近似構(gòu)成一個絕熱體系。

彈式量熱計的基本原理是能量守恒定律。樣品完全燃燒所釋放的能量使得氧彈本身及周圍的介質(zhì)和量熱計有關(guān)附件的溫度升高。測量介質(zhì)在燃燒前后的變化值，就可求算該樣品的恒容燃燒熱。=???棉線?棉線?點火絲?點火線（2）

式中: m——為待測物的質(zhì)量，kg ；

——為待測物的摩爾質(zhì)量，kg·mol ；

-1 ——儀器常數(shù)，kJ·℃

－1

；

?——樣品燃燒前后量熱計溫度的變化值；

棉線，鎳絲——分別為棉線和點火絲的恒容燃燒熱（－16736和－3243 kJ/mol）

棉線 ,鎳絲——分別為棉線和點火絲的質(zhì)量，kg；

先燃燒已知燃燒熱的物質(zhì)（如苯甲酸），標(biāo)定儀器常數(shù)K，再燃燒未知物質(zhì)，便可由上式計算出未知物的恒容摩爾燃燒熱，再根據(jù)（1）式計算出摩爾燃燒熱。實驗操作

2.1 實驗藥品、儀器型號及測試裝置示意圖

實驗藥品：萘（AR）；苯甲酸（AR）。

實驗儀器:彈式量熱計1套；2000 ml容量瓶1個；1000 ml容量瓶1個；水盆1個（容量大于3000 ml）；電腦及數(shù)據(jù)記錄儀一套；壓片機、鎳絲、棉線、萬用表、分析天平、剪刀、氧氣瓶及減壓閥公用。

測試裝置示意圖見上。

2.2 實驗條件（實驗溫度、濕度、壓力等）

大氣壓100.6 kPa，室溫18.2 ℃，相對濕度44%。

2.3 實驗操作步驟、現(xiàn)象及方法要點

1．儀器常數(shù)的測定（1）樣品準(zhǔn)備

取8 cm鎳絲和10 cm棉線各一根,分別在分析天平上準(zhǔn)確稱量。

在臺秤上稱量0.8 g左右的苯甲酸，在壓片機上壓成片狀，取出藥片并輕輕去掉粘附在藥片上的粉末，用稱好的棉線捆綁在藥片上，固定好。將鎳絲穿入棉線，在分析天平上準(zhǔn)確稱量。

將苯甲酸片上的鎳絲固定在氧彈的兩根電極上，如圖2-2-3，用萬用表檢查是否通路。確認(rèn)通路后旋緊彈蓋，通入1.0 MPa氧氣，然后將氧彈放入內(nèi)水桶，接上點火電極。（2）儀器準(zhǔn)備

打開量熱計電源，開動攪拌，將溫度傳感器置于外水套中，觀察溫度顯示。待溫度穩(wěn)定后，記下溫度。

用水盆接取自來水（大于3000 ml），將溫度傳感器放入水盆中，不斷攪動，通過加入涼水或熱水調(diào)節(jié)水溫，使溫度低于外水套0.7 ℃左右。準(zhǔn)確量取3000 ml，倒入內(nèi)桶。

（3）燃燒測量

蓋上桶蓋，將溫度傳感器插入內(nèi)桶，開動攪拌。待溫度穩(wěn)定后，打開電腦記錄軟件，記錄體系溫度隨時間的變化情況（軟件記錄的是電壓隨時間的變化關(guān)系，以下不再區(qū)分）。開始階段（打開軟件到點火），相當(dāng)于圖2-2-4中的AB部分，；6～8分鐘后，按下點火開關(guān)，半分鐘內(nèi)溫度應(yīng)迅速上升（若溫度不能短時間內(nèi)迅速升高，應(yīng)停止實驗，檢查氧彈和儀器找出原因后再繼續(xù)實驗），進入反應(yīng)階段，相當(dāng)于圖2-2-4中的BC部分。直到溫度上升速度明顯減慢，進入末期，相當(dāng)于圖2-2-4中的CD部分。8～10分鐘后，取出溫度傳感器，放入外水套中，讀出外套水溫，即圖2-2-4中E點。

切斷電源，取出氧彈，放出氧彈中的氣體。打開氧彈，檢查樣品是否完全燃燒。若燃燒完全，將剩余鎳絲取下稱重（注意：稱量剩余鎳絲時，應(yīng)去除鎳絲頂端熔融的小球）。

當(dāng)氧彈打開后，如發(fā)現(xiàn)氧彈中有較多的黑色物質(zhì)，則此次實驗燃燒不完全，應(yīng)重新測量。燃燒不完全最主要的愿因就是氧氣的量不足（氧彈漏氣、充氧不足、操作失誤未能沖入氧氣等），此外樣品量過大，藥片松散部分脫落也可造成燃燒不完全。

將內(nèi)桶的水倒入水盆用于下次的測量，將氧彈洗凈擦干。2．未知物測量

取0.6g左右的萘，同上述操作方法。結(jié)果與討論 3.1實驗原始數(shù)據(jù)

表1 原始數(shù)據(jù)記錄

實驗組數(shù) 1 2(鎳)/ 0.0257 0.0202

(棉線)/ 0.0099 0.0117

(總)/ 0.8139 0.6015

(剩余)/ 0.0170 0.0185

摩爾質(zhì)量 曲線峰高/ 122.12 128.17

/ 125.4956 139.1136 注：組號為1的物質(zhì)為苯甲酸，組號為2的物質(zhì)為待測的萘，下同。

3.2實驗數(shù)據(jù)處理

選擇并雙擊物理化學(xué)實驗，選擇并雙擊燃燒熱測定，輸入鎳絲、棉線、剩余鎳絲、總質(zhì)量及標(biāo)準(zhǔn)只樣品和被測樣品的摩爾質(zhì)量，點擊打開，選擇并打開文件，交替移動光標(biāo)1和2到點火前一段平穩(wěn)的基線位置，點擊線性擬合1，交替移動光標(biāo)1和2到完全燃燒后溫度不變的位置（水平線位置），點擊線性擬合2，交替移動光標(biāo)移動到外套水溫曲線位置，點擊線性擬合3，移動光標(biāo)，將綠色光標(biāo)放在擬和曲線３與升溫曲線的交點上，藍色光標(biāo)放在升溫曲線上的任何位置，點擊計算△H；如果線性擬合交點不理想，點擊刷新，移動光標(biāo)重新擬合。確定后，點擊提交，峰高值就會顯示出來。兩條曲線都處理完成后，點擊計算處理，就可以得到被測樣品的燃燒熱值。

這樣做是因為使內(nèi)水桶完全絕熱是很困難的，總會有內(nèi)外水套之間的熱交換。為了校正這部分熱損失，需在升溫曲線上找出與外水套溫度相等的點，過此點作垂線與曲線的兩條始末階段直線的外延線相交于兩點，此二點之間的距離即為校正后的△H值。苯甲酸和萘的電壓（溫度）—時間曲線

540510480V(mV)******t(s)

圖3-2-1 苯甲酸電壓（溫度）—時間曲線

570540510V(mV)***06009001200t(s)

圖3-2-2 萘溫度（時間）—電壓曲線

軟件計算得到的萘的燃燒熱為 △H = 5076.4824 kJ/mol。

3.3討論分析：

1、首先是水溫的調(diào)節(jié)，要使水的溫度低于外水套溫度約0.6 ℃左右，但水加入儀器中之后會有一定地升高，因而在調(diào)節(jié)水溫的時候應(yīng)該使水的溫度低于外水套溫度約0.8 ℃左右。我們在第一次測量時水溫沒有控制好，調(diào)水溫時溫差只取了0.5 ℃，水倒入內(nèi)桶后，內(nèi)外筒溫差只有0.1 ℃，無法繼續(xù)實驗。重新配時溫差擴大為約0.8 ℃，后續(xù)試驗可以順利進行。

2、點火是實驗的一個關(guān)鍵步驟，我們兩次點火都成功了。總結(jié)點火不成功的可能原因如下：（1）深入彈體內(nèi)部的電極和氧彈壁接觸短路；（2）連接燃燒絲的電爐斷了，應(yīng)用萬用表檢查；（3）彈內(nèi)氧氣不足，應(yīng)取出氧彈檢查。

3、彈內(nèi)氧氣不足還會造成燃燒不充分，燃燒后打開氧彈會發(fā)現(xiàn)大量黑色物質(zhì)，遇到此情況需重新做。本次實驗燃燒完全，說明充氣操作比較規(guī)范。

4、本次實驗燃燒焓誤差約為1.5%，相較最大允許誤差是比較小的，實驗結(jié)果還是比較令人滿意。分析誤差產(chǎn)生的原因如下：

（1）反應(yīng)溫度（外水套溫度）一直處于變化之中，無法精確測量，故計算的摩爾燃燒熱的實際值與文獻值略有差異；

（2）燃燒熱的定義中要求燃燒前后溫度不變，實驗中卻是需要利用內(nèi)水桶水溫的升高來進行曲線峰值的計算，屬于非等溫反應(yīng)系統(tǒng)。在計算方法上進行了簡化，認(rèn)為溫度近似不變；（3）盡管內(nèi)水桶與外水套之間以空氣隔熱但系統(tǒng)并不能做到嚴(yán)格絕熱，熱交換是存在的，具體表現(xiàn)為外水套的溫度點火后會升高。為了減小熱交換的影響，內(nèi)水桶點火前水溫應(yīng)調(diào)節(jié)成比外水套溫度低0.7 ℃左右（這樣測量過程中的吸熱量會近似等于放熱量）。但是由于在內(nèi)同水倒入的過程中溫度會發(fā)生變化，故溫差會減少，導(dǎo)致測量不準(zhǔn)；

（4）操作不嚴(yán)格，例如在制作藥片時應(yīng)帶手套，徒手操作對樣品的質(zhì)量測量會帶來誤差；（5）氧彈中除了氧氣外還有一部分空氣，空氣中的氮氣也會燃燒放熱，但在本實驗中并未校正。結(jié)論

通過這個實驗，熟悉了彈式量熱計的原理、構(gòu)造及使用方法；明確恒壓燃燒熱與恒容燃燒熱的差別及相互關(guān)系。同時，掌握溫差測量的實驗原理和技術(shù)。

實驗結(jié)果：萘的燃燒熱：△H = 5076.4824 kJ/mol，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)（1 atm，25 ℃）為△H = 5153.8 kJ/ mol，相對誤差：1.5%。參考文獻

1.北京大學(xué)化學(xué)院物理化學(xué)實驗教學(xué)組．物理化學(xué)實驗．北京：北京大學(xué)出版社，2002．44～45。

2.清華大學(xué)化學(xué)系物理化學(xué)實驗編寫組．物理化學(xué)實驗．北京：清華大學(xué)出版社，1991．26～37。

3.復(fù)旦大學(xué)等．物理化學(xué)實驗．北京：高等教育出版社，1992．43～47。附錄（思考題）

1.本實驗中如何考慮系統(tǒng)與環(huán)境？系統(tǒng)與環(huán)境通過哪些途徑進行熱交換？這些熱交換對結(jié)果影響怎樣？如何校正？

答：內(nèi)水桶以內(nèi)為系統(tǒng)，具體包括氧彈、測溫器件、攪拌器和水，近似為絕熱系統(tǒng)。內(nèi)水桶以外的外水桶和水為環(huán)境。

系統(tǒng)和環(huán)境主要通過內(nèi)外水桶之間的空氣對流進行熱交換。這些熱交換使得環(huán)境吸收系統(tǒng)的熱量，系統(tǒng)升溫變慢，可能引起實驗結(jié)果偏低?？梢酝ㄟ^雷諾法校正。

2.使用氧氣時應(yīng)注意哪些問題？ 答：（1）盡可能遠離熱源；

（2）在使用室特別注意在手上，工具上，鋼瓶和周圍不能占有油脂。扳子上的油可用酒精洗去，待干后再使用，以防爆炸和燃燒；

（3）氧氣瓶應(yīng)與應(yīng)氧氣表一齊使用，不能隨便用在其他鋼瓶上；

（4）開閥門及調(diào)壓時，人不要站在鋼瓶出氣口，頭不要在瓶頭之上，而應(yīng)在側(cè)面；（5）開氣瓶總閥之前，必須檢查氧氣表調(diào)節(jié)閥門是否處于關(guān)閉。不要在調(diào)節(jié)閥開放狀態(tài)，突然打開氣瓶總閥。

3.攪拌過快或過慢有何影響？

答：攪拌過快會生成一部分另外的非反應(yīng)生成的熱，使得結(jié)果偏高。過慢又不利于反應(yīng)熱擴散，體系內(nèi)溫度不均。

4.氧彈中含有氮氣，燃燒后生成HNO3。對結(jié)果有何影響？如何校正？

答：在氧彈內(nèi)，N2和O2化合生成硝酸，并溶進水中，這些作用都會引起體系溫度的升高。為了精確測量，應(yīng)當(dāng)在裝氧彈時加1 ml的蒸餾水與其中，燃燒后將彈體用蒸餾水清洗，用0.1 mol/dm的NaOH滴定之。每毫升的NaOH滴定液相當(dāng)于1.43卡（放熱）。其數(shù)值加在儀器的水當(dāng)量中。

5.如果反應(yīng)完后，剩余鎳絲丟失，可不可以忽略，為什么？

答：基本可以忽略，鎳絲質(zhì)量不到0.01 g，燃燒時放出熱量不到1 J，比樣品燃燒所放的熱小20倍以上，按照數(shù)據(jù)處理要求可以忽略。

第三篇：苯甲酸熔點的測定有機化學(xué)實驗報告

苯甲酸熔點的測定

一、實驗?zāi)康模?/p>

測定苯甲酸晶體的熔點范圍。

二、實驗原理：

有機化合物熔點通常用毛細管法來測定，實際上測得的是一個熔點范圍，即試料從開始熔化到完全熔化為液體的溫度范圍，純粹的固態(tài)物質(zhì)通常有固定的熔點。

三、實驗藥品與儀器：

藥品：苯甲酸晶體、石蠟

儀器：酒精燈、溫度計等

三、實驗步驟：

①熔點管的準(zhǔn)備：把樣品裝入熔點管中，把干燥的粉末狀試樣在表面皿上堆成小堆。將熔點管的開口端插入試樣中，裝入少量的粉末，然后把熔點管樹立起來，使試料掉入管底，試料必須裝得均勻結(jié)實。高度約為2~3cm。②測點方法：將熔點管插入裝有石蠟的循環(huán)試管中酒精度加熱，觀察熔點管中試料的變化。記錄下熔點管中剛有小液體出現(xiàn)時和試料完全熔化這兩個溫度的讀數(shù)。

五、實驗結(jié)果：

苯甲酸剛?cè)刍瘯r的溫度t1=126℃

熔化完全的溫度t2=127.2℃

六、注意事項：

①裝試料時熔點管的下落方向必須與桌面垂直，否則熔點管極易折斷。②記錄熔點時要記錄開始熔化和完全熔化的溫度。不可記錄這兩個溫度的平均值。

③測定熔點時，要用校正過的溫度計。

第四篇：山大物化實驗燃燒熱

第二篇 基礎(chǔ)實驗

化學(xué)熱力學(xué) 實驗一 燃燒熱的測定

【目的要求】

1.通過測定萘的燃燒熱，掌握有關(guān)熱化學(xué)實驗的一般知識和技術(shù)。2.掌握氧彈式量熱計的原理、構(gòu)造及其使用方法。3.掌握高壓鋼瓶的有關(guān)知識并能正確使用?！緦嶒炘怼?/p>

燃燒熱是指1 mol物質(zhì)完全燃燒時的熱效應(yīng)，是熱化學(xué)中重要的基本數(shù)據(jù)。一般化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)，往往因為反應(yīng)太慢或反應(yīng)不完全，因而難以直接測定。但是，通過蓋斯定律可用燃燒熱數(shù)據(jù)間接求算。因此燃燒熱廣泛地用在各種熱化學(xué)計算中。許多物質(zhì)的燃燒熱和反應(yīng)熱已經(jīng)精確測定。測定燃燒熱的氧彈式量熱計是重要的熱化學(xué)儀器，在熱化學(xué)、生物化學(xué)以及某些工業(yè)部門中廣泛應(yīng)用。燃燒熱可在恒容或恒壓情況下測定。由熱力學(xué)第一定律可知：在不做非膨脹功情況下，恒容反應(yīng)熱QV＝ΔU，恒壓反應(yīng)熱Qp＝ΔH。在氧彈式量熱計中所測燃燒熱為QV，而一般熱化學(xué)計算用的值為Qp，這兩者可通過下式進行換算：

Qp＝QV ＋ ΔnRT(1)式中：Δn為反應(yīng)前后生成物與反應(yīng)物中氣體的摩爾數(shù)之差；R為摩爾氣體常數(shù)；T為反應(yīng)溫度(K)。

在盛有定量水的容器中，放入內(nèi)裝有一定量樣品和氧氣的密閉氧彈，然后使樣品完全燃燒，放出的熱量通過氧彈傳給水及儀器，引起溫度升高。氧彈量熱計的基本原理是能量守恒定律，測量介質(zhì)在燃燒前后溫度的變化值，則恒容燃燒熱為：

QV ＝（M/m）· W·(t終－t始)(2)式中：W為樣品等物質(zhì)燃燒放熱使水及儀器每升高1℃所需的熱量，稱為水當(dāng)量。

水當(dāng)量的求法是用已知燃燒熱的物質(zhì)(如本實驗用苯甲酸)放在量熱計中燃燒，測定其始、終態(tài)溫度,一般來說，對不同樣品，只要每次的水量相同，水當(dāng)量就是定值。熱化學(xué)實驗常用的量熱計有環(huán)境恒溫式量熱計和絕熱式量熱計兩種。環(huán)境恒溫式量熱計的構(gòu)造如圖2-1-1所示。

由圖可知，環(huán)境恒溫式量熱計的最外層是儲滿水的外筒(圖中5)，當(dāng)氧彈中的樣品開始燃燒時，內(nèi)筒與外筒之間有少許熱交換，因此不能直接測出初溫和最高溫度，需要由溫度—時間曲線(即雷諾曲線)進行確定,詳細步驟如下：

將樣品燃燒前后歷次觀察的水溫對時間作圖，聯(lián)成FHIDG折線，如圖2-1-2所示。圖中H相當(dāng)于開始燃燒之點，D為觀察到的最高溫度讀數(shù)點，作相當(dāng)于環(huán)境溫度之平行線JI交折線于I過I點作ab垂線，然后將FH線和GD線外延交ab線A、C兩點，A點與C點所表示的溫度差即為欲求溫度的升高ΔT。圖中AA′為開始燃燒到溫度上升至環(huán)境溫度這一段時間Δt1內(nèi)，由環(huán)境輻射進來和攪拌引進的能量而造成體系溫度的升高必須扣除，CC′為 溫度由環(huán)境溫度升高到最高點D這一段時間Δt2內(nèi)，體系向環(huán)境輻射出能圖2-1-1 環(huán)境恒溫式氧彈量熱計

量而造成體系溫度的降低，因此需要添加上。由此可見AC兩點的溫差是較1-氧彈；2-溫度傳感器；3-內(nèi)筒；4-空氣隔層；5-外筒；6-攪拌

客觀地表示了由于樣 品燃燒致使量熱計溫度升高的數(shù)值。

有時量熱計的絕熱情況良好，熱漏小，而攪拌器功率大，不斷稍微引進能量使得燃燒后的最高點不出現(xiàn)，如圖2-1-3所示。這種情況下ΔT仍然可以按照同樣方法校正。

圖2-1-2 絕熱較差時的雷諾校正圖 圖2-1-3 絕熱良好時的雷諾校正圖

【儀器試劑】

氧彈式量熱計1套；氧氣鋼瓶(帶氧氣表)1個；臺稱1只；電子天平1臺(0.0001g)。苯甲酸(A.R.)；萘(A.R.)；燃燒絲；棉線?！緦嶒灢襟E】 1.水當(dāng)量的測定：

(1)儀器預(yù)熱 將量熱計及其全部附件清理干凈，將有關(guān)儀器通電預(yù)熱。(2)樣品壓片 在電子臺秤上粗稱0.7～0.8g苯甲酸，在壓片機中壓成片狀；取約10cm長的燃燒絲和棉線各一根，分別在電子天平上準(zhǔn)確稱重；用棉線把燃燒絲綁在苯甲酸片上，準(zhǔn)確稱重。

(3)氧彈充氧 將氧彈的彈頭放在彈頭架上，把燃燒絲的兩端分別緊繞在氧彈頭上的兩根電極上；在氧彈中加入10mL蒸餾水，把彈頭放入彈杯中，擰緊。當(dāng)充氧時，開始先充約0.5MPa氧氣，然后開啟出口，借以趕出氧彈中的空氣。再充入1MPa氧氣。氧彈放入量熱計中，接好點火線。

(4)調(diào)節(jié)水溫 準(zhǔn)備一桶自來水，調(diào)節(jié)水溫約低于外筒水溫1℃。用容量瓶量取一定體積（視內(nèi)筒容積而定）已調(diào)溫的水注入內(nèi)筒，水面蓋過氧彈。裝好攪拌頭。(5)測定水當(dāng)量 打開攪拌器，待溫度穩(wěn)定后開始記錄溫度，每隔30s記錄一次，直到連續(xù)幾min水溫有規(guī)律微小變化，開啟“點火”按鈕，當(dāng)溫度明顯升高時，說明點火成功，繼續(xù)每30s記錄一次；到溫度升至最高點后，再記錄幾min，停止實驗。

停止攪拌，取出氧彈，放出余氣，打開氧彈蓋，若氧彈中無灰燼，表示燃燒完全，將剩余燃燒絲稱重，待處理數(shù)據(jù)時用。

2.測量萘的燃燒熱 稱取0.6～0.7g萘，重復(fù)上述步驟測定之。【注意事項】

— 內(nèi)筒中加3000mL水后若有氣泡逸出，說明氧彈漏氣，設(shè)法排除?！?攪拌時不得有摩擦聲。

— 燃燒樣品萘?xí)r，內(nèi)筒水要更換且需重新調(diào)溫?！?氧氣瓶在開總閥前要檢查減壓閥是否關(guān)好；實驗結(jié)束后要關(guān)上鋼瓶總閥，注意排凈余氣，使指針回零?！緮?shù)據(jù)處理】

1.將實驗條件和原始數(shù)據(jù)列表記錄。

2.由實驗數(shù)據(jù)分別求出苯甲酸、萘燃燒前后的t始和t終。3．由苯甲酸數(shù)據(jù)求出水當(dāng)量W。

Q總熱量=Q樣品·(M/m)＋Q燃絲·m燃絲＋Q棉線·m棉線－5.983·VNaOH＝ W·(t終－t始)式中：Q鐵絲= －6695J·g-1；Q鎳鉻絲=－1400.8J·g-1；Q棉線=－17479J·g-1。4．求出萘的燃燒熱QV，換算成Qp。

5.將所測萘的燃燒熱值與文獻值比較，求出誤差，分析誤差產(chǎn)生的原因。

思 考 題

1.在氧彈里加10mL蒸餾水起什么作用？2.本實驗中，那些為體系？那些為環(huán)境？實驗過程中有無熱損耗，如何降低熱損耗？盛水桶內(nèi)部物質(zhì)及空間為系統(tǒng)，除盛水桶內(nèi)部物質(zhì)及空間的熱量計其余部分為環(huán)境，系統(tǒng)和環(huán)境之間有熱交換，熱交換的存在會影響燃燒熱測定的準(zhǔn)確值，可通過雷諾校正曲線校正來減小其影響。

3.在環(huán)境恒溫式量熱計中，為什么內(nèi)筒水溫要比外筒水溫低？低多少合適？ 4.欲測定液體樣品的燃燒熱，你能想出測定方法嗎？玻璃泡中 【討論】

1.量熱計的類型很多，分類方法也不統(tǒng)一。常用的為環(huán)境恒溫式和絕熱式量熱計兩種。絕熱式量熱計的外筒中有溫度控制系統(tǒng)，在實驗過程中，內(nèi)桶與外筒溫度始終相同或始終略低0.3℃，熱損失可以降低到極微小程度，因而，可以直接測出初溫和最高溫度。

2.在燃燒過程中，當(dāng)氧彈內(nèi)存在微量空氣時，N2的氧化會產(chǎn)生熱效應(yīng)。在一般的實驗中，可以忽略不計；在精確的實驗中，這部分熱效應(yīng)應(yīng)予校正，方法如下：用0.1mol·dm-3 NaOH 溶液滴定洗滌氧彈內(nèi)壁的蒸餾水，每毫升0.1 mol·dm-3 NaOH溶液相當(dāng)于5.983 J(放熱)。

1．常用的熱量計分為哪幾種？

2．燃燒熱測定中，我們在樣品上綁棉線的目的是什么？

3．用鋼瓶對氧彈充氧時應(yīng)遵循什么順序？

4．樣品在氧彈中燃燒后，水溫的升高是由那些因素引起的？ 5．換另一個樣品時，內(nèi)筒水是否更換？為什么？ 6．氧彈內(nèi)加入少量水的作用是什么？ 7．雷諾校正是校正什么？

8．怎樣測定液體樣品的燃燒熱？計算公式？ 9．燃燒熱測量中，記錄外筒水溫的目的是什么？

第五篇：燃燒熱實驗報告

燃燒熱的測定

摘要

本實驗中借助氧彈式量熱計，在測定標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)苯甲酸的燃燒熱的基礎(chǔ)上，先求算出了所用儀器的量熱計熱容，再以此為基礎(chǔ)測定了蔗糖的恒容燃燒熱。文章末尾對實驗中的誤差和雷諾校正方法的合理性進行了討論。

實驗步驟（修正）1.取消硝酸滴定過程

2.先向量熱器內(nèi)加入2000mL去離子水，放入氧彈后再加入1000mL去離子水。3.實驗過程中，在開始時恒溫段每30s記錄一個數(shù)據(jù)，維持5min；之后使用電極點火燃燒，燃燒過程中每15s記錄一個數(shù)據(jù)，直至溫度升高并恒定；溫度升高并恒定后再次恢復(fù)至每30s記錄一個數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)記錄及處理

1.樣品質(zhì)量的測量：

表1 樣品質(zhì)量測定

樣品 苯甲酸 m粗/g

m線/g

mNi/g m總/g m剩/g 1.2142

0.0158 0.0146 0.6245 0.0094 蔗糖 1.0404

0.0169 0.0163 0.9292 0.0078

2、水當(dāng)量的測定：

表2 苯甲酸T-t數(shù)據(jù)表

t/s T/℃ 435 0.879 450 0.924 465 0.956 480 0.982 495 1.002 510 1.019 525 1.032

(失誤漏記)540

555 1.052 570 1.06 585 1.067 600 1.072 615 1.077 630 1.081 645 1.084 660 1.086 675 1.089 690 1.091 t/s 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 345 360 375 390 405 420 T/℃ 0 0.001 0.001 0.001 0.002 0.001 0.001 0.001 0.002 0.002 0.001 點火 0.007 0.079 0.325 0.571 0.725 0.815 t/s 705 720 735 750 765 780 810 840 870 900 930 960 990 1020 1050 1080

T/℃ 1.092 1.093 1.095 1.096 1.096 1.097 1.098 1.098 1.098 1.098 1.098 1.097 1.097 1.097 1.097 1.097

3、蔗糖燃燒熱的測定：

表3 蔗糖T-t數(shù)據(jù)表

t/s T/℃

405 0.799 420 0.860 435 0.898 450 0.924 465 0.944 480 0.960 495 0.971 510 0.980 525 0.988 540 0.995 555 1.001 t/s 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 T/℃ 0 0 0-0.001-0.001-0.001-0.001-0.002-0.001-0.001-0.001 t/s

645 660 690 720 750 780 810 840 870 900 930 T/℃ 1.02 1.022 1.024 1.026 1.027 1.028 1.029 1.029 1.029 1.029 1.029 330 點火 570 345 0.023 585 360 0.257 600 375 0.529 615 390 0.712 630

4、苯甲酸燃燒T-t數(shù)據(jù)作圖（雷諾校正）

1.005 1.009 1.013 1.016 1.018 960 990 1020

1.028 1.028 1.028

H1.000CD0.800E0.600T/C°0.4000.2000.000A0200BG4006008001000由雷諾校正圖可知，升溫△T=1.098K，t=409.8s

5、蔗糖燃燒T-t數(shù)據(jù)作圖（雷諾校正）

t/s

1.200H1.0000.800E0.6000.4000.2000.000CDT/C°A0200BG4006008001000由雷諾校正圖可知，升溫△T=1.030K，t=391.3s

6.水當(dāng)量的計算

（1）引燃用鎳絲的校正：

t/s

mNi?0.0146?0.0094?0.0052g

qNi?QvNi?mNi??3243kJ/g?0.0052g??17J（2）棉線的校正：

q棉?Qv棉?m棉??16736kJ/g?0.0158g??264J（3）量熱計常數(shù)的計算： 苯甲酸燃燒反應(yīng)式：C7H6O2(s)+對于氣體產(chǎn)物而言?n=-0.5 已知苯甲酸恒壓熱容為：Qp??26460J/g 則Qv?Qp?15O2(g)=7CO2(g)+3H2O(l)2

?nRT?0.5?8.314?289.45??26460???26450(J/g)M122.125燃燒物質(zhì)質(zhì)量G?0.6110?0.0146?0.0158?0.5806g

?q?q棉?qNi??264?17??281J

認(rèn)為體系中已經(jīng)將氮氣排盡從而忽略由于形成硝酸造成的誤差，計算可得

W??QvG??q26450?0.5941?281?DC水=?3000.0?0.9988791?4.1818?2036(J/K)?T1.098

7、計算蔗糖的恒容燃燒熱Qv和恒壓燃燒熱Qp（1）引燃用鎳絲的校正：

mNi?0.0163?0.0078?0.0085g qNi?QvNi?mNi??3243?0.0085??28J

（2）棉線的校正：

q棉?Qv棉?m棉??16736?0.0169??283J（3）蔗糖恒容燃燒熱：

Qv??已知W?2036J/K

(W?DC水)?T??qG

D?3000.0?0.9988791?2996.6g

?q?q棉?qNi??283?28??311J

G?0.9292?0.0169?0.0163?0.9060g

Qv??(2036?2996.6?4.1818)?1.030?311??1.640?104(J/g)

0.8960（4）蔗糖的恒壓溶解熱：

由方程：C12H22O11(s)?12O2(g)?12CO2(g)?11H2O(l)，可知?n?0 于是Qp?Qv?

誤差分析 ?nRT?Qv??1.640?104(J/g)M由查閱文獻可知，蔗糖燃燒熱為-16490(J/g)。相對偏差

16490?16400?100%?0.6%16490

實驗值與理論值較為接近。

e?1.定量誤差分析（1）質(zhì)量稱量誤差

以萬分天平計，稱量誤差為0.0002g，鎳絲質(zhì)量為差值法得到，誤差應(yīng)為0.0004g。

鎳絲燃燒誤差：

QvNi3243??mNi??0.0004?1.2(J/K)?T1.098（刻意多保留一位有效數(shù)字）Q3243?Qv??vNi??mNi??0.0004?1.4(J/g)G0.9060?W??棉線燃燒誤差:

16736?0.0002?3.0(J/K)?T1.098（刻意多保留一位有效數(shù)字）

Q16736?Qv??v棉??m棉??0.0002?3.7(J/g)G0.9060?W????m棉?Qv棉

Qv26450??G??0.0006?15(J/K)?T1.030燃燒物稱量誤差：

Q?26450?Qv??v??G???0.0006?27(J/g)G0.5806?W??累計加和來看，?W19??100%?0.93%W2036

?Qv32??100%?0.20%Qv16400由此分析，稱量本身系統(tǒng)誤差對最終結(jié)果造成影響較小。

值得一提的是，在實驗過程中稱量結(jié)束至燃燒過程中，需使用棉線及鎳絲固定待測物；這一過程中難免會有待測物壓片散塊造成質(zhì)量偏差。這是實驗中非常重要的一個誤差來源，其質(zhì)量偏差將會線性傳遞至最終誤差里。

在實際操作中，為了減少這類誤差；可以在結(jié)束后將栓系繩子的工作放于一稱量紙上完成，將待測物固定完成后再稱量紙上灑落樣品。從而彌補由于樣品易散造成的誤差。

（2）水的體積測量造成的誤差

為便于討論，假設(shè)兩次使用2000mL及1000mL容量瓶會累計造成5mL誤差（認(rèn)為容量瓶本身存在千分之一誤差，再考慮掛壁、濺出等影響）

?W??C水??水??V?4.1818?0.998871?5?21(J/K)?Qv??C水??水??TG 4.1818?0.998871?1.030??V??5?24(J/g)0.9060?W21??100%?1.03%W2036

?Qv24??100%?0.146%Qv16400由此可見，加入水量的誤差在極大估計條件下（5mL）也不會對最終結(jié)果造成太大影響。

（3）溫度波動造成的誤差

在實驗的非加熱段，由數(shù)據(jù)顯示溫度波動為0.01K，則

QvG??q26450?1.0881?304??(?T)??0.01?132(J/K)?T21.9822

W?DC水2036?2996.6?4.1818?Qv????(?T)??0.01?163(J/g)G0.8960?W??W132??100%?6.50%W2036

?Qv163??100%?0.994%Qv16400本實驗中，由溫度波動0.01K即可對最終結(jié)果造成1%誤差，由此可見溫度波動是實驗誤差的另一主要因素。因此，采用雷諾校正是很有必要的。

（4）是否進行酸校正的定量分析：

假設(shè)氧彈內(nèi)容積為1L（偏大估計），即含有790mL氮氣。本實驗中反復(fù)沖入氧氣至1MP再放氣至常壓，重復(fù)三次除去氮氣。則剩余氮氣量可計算為790*0.13=0.79mL 換算為物質(zhì)的量n（氮氣）=0.033mmol

151N2(g)+O2(g)+H20==HNO3(l)242?H??59800 J /mol?U??H??nRT??59800?1.75?8.314?(273.15?16.4)??55587J/mol

由氮氣產(chǎn)生的熱效應(yīng)Q??55587J/mol*0.033mmol??1.8J

此數(shù)值僅與鎳絲稱量誤差帶來的影響大致相同，對于整個實驗體系可以忽略不計。因此本實驗省略酸校正分析是合理的。

2.定性誤差分析（1）熱容值變化的討論

理論上，熱容隨溫度變化而變化；因此c=c(T)并非一個常量。在本實驗中，通過計算水當(dāng)量表征儀器的吸熱效應(yīng)，同時控制燃燒標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和待測物質(zhì)時體系上升大致相同的溫度。同時，體系整體溫度上升幅度并不大（1.1℃左右），因此粗略地認(rèn)為熱容隨溫度變化幅度可忽略是合理的。

（2）待測物質(zhì)量

本實驗定量分析過程中可發(fā)現(xiàn)，待測物質(zhì)量大小對最終的誤差有很大影響。在實驗過程第一次壓片過程中，由于操作并不熟練，壓制得到的苯甲酸固體質(zhì)量偏小；僅僅0.6g，計算發(fā)現(xiàn)由此導(dǎo)致的系統(tǒng)誤差是較大的。因此，在蔗糖燃燒實驗中改進了壓片手法，增加了待測物質(zhì)量，分析得到的系統(tǒng)誤差顯著下降。

實驗操作討論

在實驗過程中，我認(rèn)為有如下操作值得反思和注意（1）壓片操作

如果壓片過松，則所得藥片的強度較差，不宜成型，遇到外部振動或者在移動過程中會出現(xiàn)碎裂、散落現(xiàn)象。如果壓片過緊，則壓片器容易卡主，在取出樣品過程中可能又會造成樣品的損壞。

相較而言，苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)顆粒較小，分布均勻，較為容易壓片。而蔗糖晶體必須充分研磨成細末狀再進行壓片才會相對容易。（2）固定壓片的操作

將壓片與點火器件穩(wěn)定固定在氧彈中是本實驗中最難的操作。首先需要明確，鎳絲的作用是產(chǎn)生火花引燃體系，棉線的作用是將鎳絲與待測物空間上固定在一起，同時起到引燃的作用。講義上指出可以將鎳絲壓入樣品內(nèi)，但在本實驗中受限于設(shè)備限制，以下操作更為合理：壓出的樣品用棉線固定捆住，同時棉線本身提供鎳絲的固定支撐點，令鎳絲穿過細線并環(huán)繞住壓片。

同時在固定操作中，建議在下方放置稱量紙。以便于收集散落的待測物，稱量后校正得到正確的燃燒物質(zhì)量。

（3）對于氧彈的清潔操作

兩次測定之間除了需要擦凈量熱桶內(nèi)壁、氧彈外壁的水分外，還需要將氧彈內(nèi)筒仔細擦干凈，除去上一次燃燒過程中產(chǎn)生的水，減少誤差。

結(jié)論

本實驗通過在氧彈式量熱計中燃燒苯甲酸，通過使用雷諾校正，計算出水當(dāng)量的方法作為基準(zhǔn)，求得了蔗糖的恒壓（恒容）燃燒熱為1.640*104J/g。之后通過定量、定性誤差分析，討論了實驗過程中應(yīng)當(dāng)特別注意的細節(jié)。

思考題

1.雷諾圖解法的本質(zhì)和適用范圍

在量熱實驗中，量熱計與周圍環(huán)境的熱交換無法完全避免，對溫差測量值的影響可用雷諾(Renolds)溫度校正圖校正。

1.200H1.0000.800E0.6000.4000.2000.000CDT/C°A0200BG400600800 1000t/s如圖所示，圖中B點意味著燃燒開始，熱傳入介質(zhì)；HG為線延長并交溫度曲線于E點，其間的溫度差值即為經(jīng)過校正的。E點認(rèn)為是環(huán)境均衡溫度。圖中（G-A）為開始燃燒到溫度上升至室溫這一段時間內(nèi)，由環(huán)境輻射和攪拌引進的能量所造成的升溫，故應(yīng)予扣除。同理（H-C）由室溫升高到最高點這一段時間內(nèi)，熱量計向環(huán)境的熱漏造成的溫度波動，計算時必須考慮在內(nèi)。故可認(rèn)為，HG兩點的差值較客觀地表示了樣品燃燒引起的升溫數(shù)值。

在量熱實驗中，如果無法保證體系完全與外界隔絕熱交換，則需要用雷諾校正法扣除環(huán)境影響。同時在某些情況下，量熱計的絕熱性能良好，但攪拌器功率較大，可能由于攪拌造成溫度波動，也需要用雷諾校正減小誤差。

總之，雷諾校正的目的是使實驗中溫差變化能客觀反映僅僅由燃燒產(chǎn)熱而不受環(huán)境影響的結(jié)果。2.標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)苯甲酸的恒壓燃燒熱Qp=-26460J/g，恒容燃燒熱為多少？

見實驗部分?jǐn)?shù)據(jù)呈現(xiàn)及處理。3.攪拌過快或過慢有何影響？

攪拌過快可能造成由機械攪拌做功導(dǎo)致體系溫度升高，從而引入不必要誤差；攪拌過慢會使得溫度計受熱不均，測量值與真實值產(chǎn)生偏差。4.本實驗中苯甲酸的作用是什么？可否將一定量的苯甲酸與蔗糖混合在一起只進行一次測量求蔗糖的燃燒熱？ 不可。

這樣求蔗糖的燃燒熱。由公式(W?DC水)?T??QVG??q可知，若將苯甲酸和蔗糖一起燃燒，則存在有W和Qv(蔗糖)兩個未知數(shù)，無法單獨求出蔗糖的燃燒熱。

如果適當(dāng)改進，至少進行兩次測定并嚴(yán)格計算二者比例，可以通過解方程組確定蔗糖的燃燒熱 5.實驗中“準(zhǔn)確量取低于環(huán)境溫度為1℃的自來水3000mL，順筒壁小心倒入內(nèi)筒”，為什么加入內(nèi)筒的水溫度要選擇比環(huán)境低1℃左右? 由雷諾校正定義可知，應(yīng)當(dāng)使得環(huán)境溫度處于燃燒前后溫度差之間；若超出此范圍，則雷諾校正無效。

參考資料 [1] 韓德剛，高執(zhí)隸，高盤良.物理化學(xué).高等教育出版社.2001 [2] 物理化學(xué)實驗第4版.北京大學(xué)出版社.2001