燃烧热的测定

1、燃烧热的测定周韬摘 要：燃烧热是重要的热化学数据，本实验采用恒容的方法测定物质（以萘为样品）的燃烧热。实验利用氧弹热量计将系统与外界隔离，避免与外界之间的热传递，从而影响实验热的测量结果。将样品在氧气充足的条件下完全燃烧，由Pt-1000测量温差。并用电脑记录实验中温度变化，最后将实验数据用excel处理，得到测量物质的燃烧热。关 键 词：恒容燃烧热Qv，氧弹热量计，仪器常数K，温度变化曲线。前言燃烧热是热化学中的重要数据，通过测定物质的燃烧热可以得到一些热力学常熟表征物质的性质，比较物质之间的燃烧热可以判断反应能否进行，进而设定需要的合理的实验途径。这些，对于环境的治理、新能源的开发的领域有

2、着非同寻常的意义。实验室测定燃烧热一般采用氧弹热量计测定，或者对这个方法稍加改进从而更简单进行实验，或者得到更加准确的实验数据，但是主要的原理都是氧弹热量计的原理。李恩博1在“燃烧热测定实验的改进”中对燃烧热的实验进行了改进，但是他们在实验中将点火丝缠绕在已知燃烧热和质量的火柴上，这个过程加入了火柴燃烧过程引进的实验误差。所以本实验用电流点燃，不需要使用火柴，实验的结果比较准确。同时，在实验装置的改进上，我们数据分析记录仪记录温度变化，从而可以避免温度校正过程。1.实验简述在25，100kPa时，1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热。本实验测定有机物的恒容

3、燃烧热，通过计算可以得到物质的恒压燃烧热。相互之间的转化关系如下Qp=Qv+nRT式中n为反应前后产物与反应物质中气体的物质的量之差。氧弹热量计主要分为两类：一种是恒温型，设备简单，外套中盛有恒温水，只要做好热漏校正，测得数据的准确度仍然比较高；另一种是绝热型，外筒由绝热壁构成，无需进行温差校正，测量结果精确度高且重复性好，但是仪器昂贵。本实验采用恒温型氧弹热量计测定有机物的燃烧热。恒温氧弹热量计是将可燃烧性物质在隔离体系中燃烧，从体系的温度升高值及体系的热容来计算燃烧热。被测物质在氧弹中完全燃烧所释放的燃量使氧弹本身及周围的介质和热量计有关的附件的温度升高。根据能量守恒定律，测量体系在燃烧前

4、后温度的变化就可以求算该物质恒容燃烧热Qv。左图为氧弹热量计的氧弹部分。因为每台仪器的仪器常数并不相同，所以在测定未知物的燃烧热之前需要用已知燃烧热的化合物（本实验用已知恒容燃烧热为-3231.1kJ.mol-1的苯甲酸）来标定氧弹热量计的仪器常数，再反过来用已知仪器常数的氧弹热量计来测定未知有机物的恒容燃烧热。在实验时，氧弹中会充入约12倍大气压的纯氧，但是无可避免的会残留有空气中含有的N2，而其在实验中会生成硝酸放出热量。不过，由于N2在氧弹中含量非常少，并且形成硝酸并不容易，所以由其引起的热量改变对实验中的热量可以忽略不计。忽略N2的影响后，实验可以采用下式计算物质的恒容燃烧热：QvW

5、+ qx = Cah = Kh式中Qv为被测物质的恒容燃烧热，J.g-1；W为被测物质的质量，g；q为点火丝的燃烧热；x为烧掉的点火丝质量；C为热量计包括水、水桶的总热容，J. -1; K位仪器常数，J.mm-1; h为记录纸上曲线的峰高，mm。实验中用纯氧使被测物质完全燃烧，同时为了避免被测物质被冲散，需要将其压片。记录的温度变化曲线在基线和末尾的线的水平的情况下，不需要对数据进行校正即可得到较为准确的数据。如图为实验温度变化曲线的大致图像。2.实验方法2.1主要仪器及药品仪器：氧弹热量计1套，Pt-1000热敏电阻1支，点火器1台，接触调压器1台，sunyLA2000实验数据分析记录仪1台

6、，工业天平和电子天平各1台，氧气钢瓶1只，充气装置1台，压片机两台（苯甲酸和被测物分开使用），铜丝，万用电表1只，1000mL、2000mL容量瓶各1只。试剂：苯甲酸（AR），萘（AR）。2.2实验方法 称取大约0.8-0.9g的苯甲酸，压片，刷去黏附的粉末后用电子天平准确称量； 装入氧弹燃烧皿，用准确称量的铜丝作点火丝绑在燃烧名两侧电极上，紧贴药品，用万用表检查通路后充氧，充氧之后再次检查通路； 在盛有3000mL水的热量计内桶中放入氧弹，连接点火器电极，搅拌，测量温度； 基线走平并且有一定长度之后点火，待升温曲线升至最高并且走一段直线后停止搅拌，按STOP停止记录，读取原始实验数据，若合理

7、则保存数据； 计算仪器常数K值； 重复以上步骤，计算K值得平均值； 换用萘作被测物，重复-，计算萘的恒容燃烧热，平行测定两组计算平均值。3.数据处理3.1实验数据记录表 1 称取样品质量室温：25.3 压力：100.88kpa样品样品粗质量/g样品精质量/g铜丝质量/g剩余铜丝质量/g（含熔球）剩余铜丝质量/g（不含熔球）苯甲酸10.820.79040.03030.01170.0104苯甲酸20.840.83830.03080.01970.0135萘10.570.52610.02900.01380.0117萘20.550.54620.02880.01550.0093图 1 苯甲酸样品1温度变化

8、曲线图 2苯甲酸样品2温度变化曲线图 3 被测物萘1温度变化曲线图 4 被测物萘2温度变化曲线3.2根据萘的恒容燃烧热计算K值以纵坐标的单位长度作为1mm计算。苯甲酸样品1：含熔化的铜球 K1= （QvW + qx）/h = (-26460 J.g-1 * 0.7904 g -2510 J.g-1 * 0.0186 g)/（0.007-1.407）mm=14972不含熔化的铜球 K1=14974苯甲酸样品2：含融化的铜球 K2=14846 不含熔化的铜球 K2=14856平均值K=（14972+14846）/2=14909平均值K=(14974+14856)/2=149153.3计算待测物的恒

9、容燃烧热待测物萘样品1：含熔化的铜球 Qv=(Kh-q1x)/W=(-14908.84094*1.409+2510*0.0152)/0.5261*128.18kJ.mol-1=-5108.8 kJ.mol-1 不含铜球 Qv=-5109.7 kJ.mol-1待测物萘2： 含铜球 Qv=-5100.3 kJ.mol-1 不含铜球 Qv=-5098.9 kJ.mol-1萘恒容燃烧热平均值含铜球 Qv=(5108.8+5100.3)/2=-5104.6 kJ.mol-1不含铜球Qv=(5109.7+5098.9)/2=-5104.3 kJ.mol-1CRC查得萘的标准恒容燃烧热为-5153.9 kJ

10、.mol-1因此，相对误差为0.96%。而由于本来铜丝的质量就非常小，铜丝燃烧之后是否保留铜球的质量对接影响基本可以忽略，考虑到铜在氧气中燃烧之后会生成氧化铜，而在氧弹中并没有其它形式的铜出现，所以推测铜球的本质为氧化铜。4.结语关于不确定度，从文献来看，A类不确定度主要是由实验过程中诸如苯甲酸燃烧热的数值、物品的称取等方面所引起，而在本次实验中苯甲酸和萘都只进行了两次重复实验，计算方差没有意义，所以不确定度也就无法计算；B类不确定则主要是热熔测量引进的不确定度，和前面一样，两次实验计算方差没有意义，所以，对于最后的数据并没有进行不确定度的计算。在实验误差方面，本实验的系统误差主要有以下几点：

11、燃烧热计算公式的误差，氧弹中少量N2生成硝酸是产生的热量被忽略。虽然N2在空气中的比例高达70%，但是实验中用氧气将氧弹内的空气洗了一遍，且再次灌入的氧气压强达到12倍大气压，所以，氧弹中的氮含量已经非常少，加上N2本身难以被氧化，其生成氧化物的燃烧热亦较少，于是，此项造成的系统误差可以忽略。未进行雷诺校正。尽管容器已经尽可能做到不漏热，但是这个现象却始终无法避免，因此测量值一般要求用雷诺作图法进行校正。不过，由于条件限制，对实验数据并未进行校正，所以，漏热现象是产生实验误差的一个因素。仪器原因引起的误差。实验要求样品尽量燃烧完全，并且产生的热量要全部传给介质，使水温升高，但是这两项都不能得到保证，所以这也是引起误差的一个方面。本实验的偶然误差则主