实验一有机物燃烧焓的测定一. 实验目的1. 明确燃烧恰的定义，了解恒压热效应与恒容热效应的差别与关系；2. 掌握温差测量的一般知识和技术；3. 用氧弹式量热计测定有机物的燃烧恰；4. 理解氧弹式量热计的测量原理二. 实验原理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AcHm恒压过程：△只二"恒容过程：△业二在实际测量中，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，即燃烧反应的热力学能变乙cU)若将应 系统中的气体物质视为理想气体，根据热力学推导可得乙H和乙U的关系为： C ] C mA H =△ U + RT£v (g) 或 Q = Q = RT£v (g) (1)B B式中，T为反应温度(K)； A H为摩尔燃烧恰(J・mol-i)； A U为摩尔燃烧热 Cm Cm力学能变(J・mol-i)； VB(g)为燃烧反应方程中各气体物质的化学计量数，规定生 产物取正值，反应物取负值通过实验测得Qv,.(J-mol-i)值，根据上式就可计算出Qp,.(J-mol-i)，即燃烧 恰的值A斗本实验是用氧弹式量热计进行萘的燃烧恰的测定。
其基本原理是能量守恒定 律：通过量出己知量的待测物完全燃烧放出的热，可计算出Qv .而放出的热可 使一定量的介质(如水)升高一定的温度，即在燃烧前后产生一定数值的温差， 通过实验测出该温差值，即可知待测物燃烧放出的热量热计结构如图1所示， 氧弹结构如图2所示图1环境恒温式氧弹量热计图2氧弹结构示意图实验中，设质量为ma （g）的待测物质（恒容燃烧热为Qvm）和质量为mb （g） 的点火丝（恒容燃烧热为q，J-g-i）在氧弹中燃烧，放出的热可使质量为wm的 水（比热容为Cw，J・K-i ・g-i）及量热器本身（热容为Cm，J・K-i）的温度由二 升高到T2,则根据能量守恒定律可得到热平衡关系Q x% + qx m =-［（C + c .w ） x （T -T）］ = K x （T -T） （2）V,m ^M b m w m 2 1 2 1式中，M为该待测物的摩尔质量；规定系统放热时Q取负数；K二一（C+c - w）, mw m同一套仪器、当内筒中的水量一定时，K值恒定，称K为仪器常数或水当量 （J・K-i），常用已知燃烧热值Qv的苯甲酸来测定求出量热体系的仪器常数K 后，再用相同方法对其它物质进行测定，测出温升△ T=T2 - Ti，代入上式，即可 求得待测物的燃烧Qvm或AcUm。
实际上，氧弹式热量计不是严格的绝热系统，加之由于传热速度的限制，燃 烧后由最低温度达最高温度需一定的时间，在这段时间里系统与环境难免发生热 交换，因而从温度计上读得的温差就不是真实的温差为此，必须对读得的温差 进行校正校正的方法可以有作图法（雷诺法）和公式法（奔特公式）公式法 的使用见“数据处理”部分三. 仪器和试剂氧弹式量热计，精密电子温差测量仪，氧气钢瓶，充氧机，压片机，万用电表，台称，电子天平，容量瓶(1000mL)，苯甲酸(分析纯，Q =-3227.51 kJ・mol-i)， v,m萘(分析纯)，专用燃烧镍丝(q=-1525 J・g-i)四. 实验步骤1. 仪器常数的测定(1) 准备点火丝：量取长约10cm点火丝，在电子天平上准确称重，得mb值 在直径约3mm的玻璃棒上，将其中段绕成螺旋形5圈〜6圈2) 压片：用台秤预称取0.9g〜1.1g的苯甲酸，在压片机上压成圆片将 压片制成的样品放在干净的称量纸上，小心除掉有污染和易脱落部分，然后在电 子天平上精确称量，得ma值3) 装氧弹：将氧弹盖取下放在专用架上，用滤纸擦净电极及不锈钢坩蜗 先放好坩蜗，然后用镊子将样品放在坩蜗正中央(样品凹面朝上)。
将准备好的 燃烧丝两端固定在电极上，并将螺旋部分紧贴在样品的上表面，然后小心旋紧氧 弹盖(注意：点火丝不可与坩蜗接触，以防短路)4) 充氧气：将氧弹接入充氧机，检查氧气钢瓶上的减压阀，使其处于关闭 状态，再打开氧气钢瓶上的总开关然后轻轻拧紧减压阀螺杆(拧紧即是打开减 压阀)，使氧气缓慢进入氧弹内待减压阀上的减压表压力指到1.8MPa〜2.0MPa 之间时停止，关闭氧气钢瓶总开关，并拧松压阀螺杆5) 安装热量计：先放好内筒，调整好搅拌，注意不要让叶轮碰撞内筒壁 将氧弹放在内筒正中央，接好点火插头，加入3000mL自来水插入精密电子温 差测量仪上的测温探头，注意既不要和氧弹接触、内筒壁接触，使导线从盖孔中 出来，安装完毕6) 数据测量：打开精密电子温差测量仪，打开搅拌，设定温度读数时间间 隔为30秒待温度基本稳定后将温差测量仪“采零”、“锁定”，开始记录温 差数据整个数据记录分为三个阶段：a. 初期：这是样品燃烧以前的阶段在这一阶段观测和记录周围环境和量 热体系在试验开始温度下的热交换关系每隔1分钟读取温度1次，共读取6 次b. 主期：从点火开始至传热平衡称为主期在读取初期最末1次数值的同 时，按一下“点火”按钮即进入主期。
此时每30秒读取温度1次，直到温度不 再上升而开始下降的第1次温度为止c. 末期：这一阶段的目的与初期相同，是观察在试验后期的热交换关系 此阶段仍是每30秒读取温度1次，直至温度停止下降为止（约共读取10次）停止观测温度后，从热量计中取出氧弹，放尽其中的气体，拧开并取下氧弹 盖，氧弹中如有烟黑或未燃尽的试样残余，表明试验失败，应重做2. 萘的燃烧焓的测定称取0.8g〜1g荼，用与“仪器常数的测定”相同的方法进行测定实验结束，用干布将氧弹内外表面和弹盖擦净，最好用热风将弹盖及零件吹 干或风干五. 数据处理1.仪器常数由苯甲酸实验数据按下式计算:K = [Q x~^a + q x m ]/[(T - T) + A?]、， * . b 2 1'V,m M2. 量热计热交换校正值At，用奔特公式计算：△ t=m（v+v） / 2+vr1 13. 萘的恒容燃烧热由实验结果按下式计算：表一萘燃烧实验数据读数序数（每30s 一次）初期温度/ °C主期温度/C末期温度/C016.7917.5420.42117.8820.38216.9118.8120.33319.8120.30417.0420.1320.26520.2820.24617.1020.4420.23720.5720.23817.1220.61920.621017.1520.591120.551217.17（点火）20.47v= (16.79-17.17)/10=-0.038 v「(20.42-20.23)=0・019At = (-0.038+0.019) X 4/2+0.019X8=0.114^燃烧反应方 20.33 程式为：C10H8(s)+ 12q(g)T 10CO2(g)+ 4H2O(l)Q =K xljtr - T「+ At】— q x m }x ma= [(-16052.34) X (20.47-17.54+0.114)-(-1525) X0.0110] X-^-^- =-7651.890.8171KJ/molAHm=Qp ,m=AUm +△面* ,m - 2 时=-7651888-2 X 8.314 X 293.549=-7656.77 KJ/mol上式中，T（K）为反应温度，可在按下点火按钮时记下精密电子温差测量仪显示的 温度读数，等于17.17C。
4 .记录及计算：表二苯甲酸燃烧实验数据读数序数（每 30s一次）初期温度/°c主期温度/c末期温度/c017.7518.0419.81118.6619.85217.8819.0719.85319.24417.9419.48519.68617.9719.81719.88817.9919.88919.871018.0119.851119.851218.03 （点火）19.85苯甲酸热值：Qv,m =-3227.51 kJ・mol-iV= 17.75-18.03=—0.28 v1=19.85-19.85=0At =-0.28 X 3/2=-0.42 m = 0.0109g q X m^ =-1525J/g乂 0.0048g=-7.32JK=（-3227510X0.0109/122-7.32）/（19.85-18.03-0.42）=-211.20J/°C六. 注意事项1. 每次使用钢瓶时，应在老师指导下进行；充氧时注意操作，手上不可附有油 腻物2. 坩蜗每次使用后，应清洗干净并擦干3. 试样燃烧焓的测定和仪器常数的测定，应尽可能在相同条件下进行4. 未取出温感器，不得打开量热计的盖子5. 点火线安装时不能碰到氧弹壁。
七. 思考题1.本实验如何考虑系统与环境？答：氧弹内部空间为体系，氧弹以外为环境，实验过程中有热损耗，可增加 氧弹壁的厚度来降低热损耗2 .固体样品为什么要压成片状?如何测定液体样品的燃烧热？答：压成片状是为了方便称量和安装试验装置，避免在称量和装药品时有损 失，影响实验数据的准确性而且在点火时受热就比较均衡，固体样品更容易燃 烧充分，在测定液体样品时，将液体样品装入坩蜗中，将点火丝固定在电极上， 有螺旋的部位浸入样品内，并注意点火丝不与坩蜗接触3.如何用萘的燃烧焓数据来计算萘的标准生成焓？答：就是10C+4H2 >C10H8,生成焓就是反应焓，反应焓等于：10* （碳的燃烧焓）+4* （H2的燃烧焓）-（萘的燃烧焓）【附一】常用压缩气体钢瓶的使用及注意事项一、气体钢瓶的使用及注意事项在物理化学实验中，经常要使用一些气体，例如燃烧热的测定实验中要使用氧气，气相 色谱实验中要用到氢气和氮气为了便于运输、贮藏和使用，通常将气体压缩成为压缩气体 （如氢气、氮气和氧气等）或液化气体（如液氨和液氯等），灌入耐压钢瓶内当钢瓶受到 撞击或高温时就会有发生爆炸的危险另外有一些压缩气体或液化气体则有剧毒，一旦泄漏， 将造成严重的后果，因而在物理化学实验中，正确地和安全地使用各种压缩气体或液化气体 钢瓶是十分重要的。
使用钢瓶时，必须注意下列事项：1、 在气体钢瓶使用前，要按照钢瓶外表油漆颜色、字样等正确识别气体种类，切勿误 用，以免造成事故（参见附录二）如钢瓶因使用日久后色标脱落，应及时按上述规定进行 漆色、标注气体名称和涂刷横条2、 气体钢瓶在运输、贮存和使用时，注意勿使气体钢瓶与其它坚硬物体撞击，或曝晒 在烈日下以及靠近高温处，以免引起钢瓶爆炸钢瓶应定期进行安全检查，如进行水压试验， 气密性试验和壁厚测定等3、 严禁油脂等有机物沾污氧气钢瓶，因为油脂遇到逸出的氧气就可能燃烧，如已有油 脂沾污，则应立即用四氯化碳洗净氢气、氧气或可燃气体钢瓶严禁靠近明火4、 存放氢气钢瓶或其他可燃性气体钢瓶的房间就注意通风，以免漏出的氢气或可燃性 气体与空气混合后遇到火种发生爆炸室内的照明灯及电所通风均应防爆5、 原则上有毒气体（如液氯等）钢瓶应单独存放，严防有。