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基础实验—物理化学

燃烧热的测定

西北大学国家级化学实验教学示范中心

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知识点及实验技能训练要点

知识点：燃烧热、恒压燃烧热、恒容燃烧热

实验技能训练要点：氧弹量热计的使用、高压钢瓶的使用、雷诺图解法。

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一、实验目的二、实验原理三、实验步骤 四、注意事项五、实验总结六、实验延伸七、思考题

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一、实验目的1. 用氧弹量热计测定萘的燃烧热。

2. 明确燃烧热的定义，了解恒压燃烧热和恒 容燃烧热的差别。

3. 了解量热计中主要部分的作用，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。

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二、实验原理1. 燃烧热1mol 物质完全氧化时的反应热称为燃烧热。 在恒压条件下测定的燃烧热称为恒压燃烧热 Qp(= H ) ；在恒容条件下测定的燃烧热称为恒容燃烧热 QV(= U ) 。 H=U+(pV)

Qp=QV+nRT

n 为反应前后生成物和反应物中气体的物质的量之差。

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：

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2. 测量氧弹量热计是一种环境恒温式的量热计 。 氧弹量热计的基本原理是能量守恒定律。样品完全燃烧所释放的能量使得氧弹本身及其周围的介质（本实验中为水）以及和量热计有关附件的温度升高。测量介质在燃烧前后温度的变化值，就可求算该样品的恒容燃烧热QV 。 QV =(CW+W’)ΔTW’ 称为量热计的水当量，即除水之外，量热计升高 1

℃所需的热量； T 为样品燃烧前后水温的变化值。

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qV 单位： kJ / g, QV,m= qv·Mr

苯甲酸的燃烧热为 -26.460 kJ·g-1 ；燃烧铁丝的燃烧热值为 -6.695 kJ·g-1 。

量热计和周围环境之间的热交换是无法完全避免的，它对温差测量值的影响可用雷诺温度校正图校正。

TWTWWqmqm VV )'(' 水铁苯甲酸

')'(' TWTWWqmqm VV 铁萘

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3. 雷诺温度校正图

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4. 仪器和试剂XRY-1A 数显氧弹式热量计（上海昌吉地质仪器有限公司） 1套VCY-4 充氧器 1 台 压片机 1 台直尺 1 把 剪刀 1 把氧气钢瓶 1 只 引燃专用铁丝1000 mL 容量 1 个 2000 mL 容量瓶 1 个苯甲酸 ( 分析纯 ) 萘 ( 分析纯 )

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三、实验步骤 1. 苯甲酸燃烧热的测定

(1) 样品制作：称重和压片(2) 装置氧弹 (3) 充气(4) 燃烧

2. 萘的燃烧热测定(5) 测量温度

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三、实验步骤 1. 苯甲酸燃烧热的测定

(1). 样品制作 ：称重和压片 用台秤称取大约 1 g 苯甲酸（切勿超过 1.0 g ），在压片机上压成圆片，防止充气时冲散样品，使燃烧不完全，造成实验误差。 将压好片的样品在干净的玻璃上轻击二、三次，再用分析天平精确称量。

压片机

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压片机

注意样品不要压得太紧或太松 , 样片压得太紧，点火时不易全部燃烧；压得太松，样品容易脱落。

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拧开氧弹盖，小心将压好的样片放在燃烧杯内（样品最好接触燃烧杯底部），将点火丝的两端分别紧绕在电极的下端。（两电极与燃烧杯不能相碰或短路，即点火丝不应与燃烧杯相接触）。

用万用表检查两电极是否通路。若通路，则旋紧氧弹出气口后即可

以充氧气。

(2) 装置氧弹

氧弹热量计安装示意图

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氧弹盖

氧弹体

氧弹架

图Ⅱ -3-1 氧弹热量计安装示意图

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1) 将氧弹进气管口的螺栓卸下，将高压钢瓶导气管与进气孔相连。打开钢瓶总开关，然后顺时针转动低压表压力调节螺杆，使低压表显示值为 0.5

MPa 。

（ 3 ）充气

氧气钢瓶

高压表低压表 总阀门

低压表调节螺杆

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3) 关闭氧弹出口。继续顺时针转动低压表压力调节螺杆使氧弹中充大约 1.2 MPa 的氧气。

2) 开启氧弹出口大约 1 min （有嘶嘶的响声），借以赶出弹中空气（此时仍进气）。

4) 逆时针方向转动减压阀手柄至放松位置，旋下导气管，将氧弹的进气螺栓旋上。

5) 再次用万用表检查氧弹中两电极间的电阻。

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氧气钢瓶

高压表低压表 总阀门

低压表调节螺杆

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1) 准确量取已调节到低于室温 1.0 ℃的自来水 3

L ，倒入盛水桶内中。氧弹放入桶中央，插好电极，盖上盖子，注意把测温探头插入对准水桶的孔中。

(4) 燃烧 测温探头

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2) 打开电源，在控制面板上按下搅拌按钮，恒温搅拌。待温度稳定上升后按下复位按钮，并开始计数，每隔 3

0 s记录一次温度。记录 12 次后，按下点火按钮，继续每隔 30 s记录温度数据。大概 30 s 后，显示温度（温差）开始迅速上升，表明样品点火成功。如果点火 1 min～ 2 min 后，显示温度仍未有显著变化，表明点火失败。

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(5) 测量温度： 等显示温度达到最大值后，再测几组数据，即可结束本次测定过程。一般点火后需要记录 28～ 30 次。实验结束后，关闭搅拌器，取出温度探头，拔下电极，再取出氧弹，用放气阀放放掉余气。旋开氧弹盖，检查样品燃烧是否完全。氧弹中应没有明显的燃烧残渣，否则应重做实验。测量燃烧后剩下的铁丝长度，计算铁丝的实际燃烧长度。最后擦干氧弹和盛水桶。

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氧弹热量计安装示意图

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四、注意事项1. 苯甲酸必须经过干燥，受潮样品不易点燃且称量有误。压片时，不能太实（紧），否则不易点燃；也不宜太松，否则样品脱落，秤量不准。2. 氧气遇油脂会爆炸。因此氧气减压阀、氧弹以及氧气通过的各部件、各连接部分不允许有油污，更不许使用润滑油。3. 电极切勿与燃烧皿接触，燃烧丝与燃烧皿亦不能相碰，以免引起短路。4. 氧弹放入内桶中后如有气泡，说明氧弹漏气，应设法排除故障。5. 进行萘的燃烧热测量时需要重新调节水温和量取水的体积。

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五、实验总结（一）数据处理 苯甲酸的恒压燃烧热为－ 26.460 kJ·g-1 ；引燃铁丝的燃烧热值为－ 6.695 kJ·g-1 。 作苯甲酸和萘燃烧的雷诺温度校正图，由ΔT 计算热量计的水当量和萘的恒容燃烧热 QV ，并计算其恒压燃烧热 Qp 。 根据所用仪器的精度，正确表示测量结果，并指出最大测量误差所在。

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（二）讨论 (1) 在精确测量中燃烧丝的燃烧热以及氧气中其他杂质氧化所产生的热效应都应从总热量中扣除。前者可将燃烧丝在实验前称重，燃烧后用稀盐酸浸洗，蒸馏水洗净，吹干，称重，求出燃烧过程中失重的量（燃烧丝的热值为 6695 J.g-1 ）；后者可用 0.1 mol·L-1

NaOH溶液滴定洗剂氧弹内壁的蒸馏水（在燃烧前可先在氧弹中加入 0.5 mL 的水）， 1 mL 0.1 mol·L-1 NaO

H溶液相当于 5.983 J 。

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(2) 用雷诺图确定实验中的 T 在实际测量中，由于热量计和周围环境之间的热交换

无法避免，它对温差测量值的影响可用雷诺（ Renolds ）温度校正图校正。

图Ⅱ -3-2 雷诺温度校正图

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(1) 称取适量待测物质，估计其燃烧后可使水温上升 1.5～2.0℃。因此，预先调节水温低于室温 1.0℃左右。将燃烧前后观察所得的一系列水温和时间关系作图。得一曲线如图Ⅱ -3-2 。

具体校正过程

图Ⅱ -3-2 雷诺温度校正图

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(2) 图中 b 点意味着燃烧开始，热传入介质； c 点为观察到的最高温度。从相当于室温的 T 作水平线 TO ，交燃烧过程曲线与 O 。过 O 作 t轴的垂线 AB 。延长 cd并交 AB 线于 F ；延长 ab 交 AB

线于 E 点， EF 间的温度差值即为经过校正的 ΔT 。

具体校正过程

图Ⅱ -3-2 雷诺温度校正图

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（ 3）在某些情况下，热量计的绝热性能良好，热漏很小，而搅拌器功率较大，不断引进的能量使得曲线不再出现最高温度点，如图Ⅱ -3-3 所示。此种情况下的温度校正方法与前述情况下的温度校正相似。

图Ⅱ -3-3 绝热良好情况下的雷诺温度校正图

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六、实验延伸 设计实验，通过热化学方法研究苯的共振能。原理：环己烷和环己烯燃烧焓的差别与环己烯上孤立双键结构有关。如果将环己烷与苯的经典定域结构相比较，两者的燃烧热的差值视乎应为环己烷和环己烯燃烧焓的差值的 3倍（ |∆E|=|∆H 环己烷 |-|∆H 环己烯 | ）。但由于苯的共轭结构导致其能量降低，环己烷与苯燃烧热的差值应为 3倍的环己烷和环己烯燃烧焓的差值加上苯分子的共轭能 E （ | ∆ H 环己烷 | - | ∆ H 苯 | = 3|∆E| +E ）。 要求：设计实验过程，测定苯的共轭能的实

验方法、列出使用仪器与试剂。

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七、思考题1. 本实验中，哪些为体系？哪些为环境？实验过程中有无热损耗，如何减小？2. 固体样品为什么要压成片状？若不压片，实验能否进行？3. 精确称量前为什么要将样品轻击两、三下，然后再称量？4. 加入内桶中的水为什么要选择比室温或恒温水夹套的水温低 1℃？5. 试分析实验中哪些因素更容易造成实验误差？为什么用雷诺校正图解法进行温度校正？