燃 烧 焓
一、引言：
[概述] 热是一个很难测量的物理量，热量的传递往往表现为温度的改变。而温度却容易测量。本次实验在一起中进行燃烧反应，并且知道它每升高一度所需的热量，这样只要观察到所升高的温度就可以知道燃烧放出的热量。根据这一热量可以求出物质的燃烧热。 [实验目的]
2、了解量热计的原理和构造，掌握其使用方法。
3、掌握热敏电阻测温的实验技术。
[实验原理] 燃烧热的定义是：在指定温度和一定压力下，1mol物质完全燃烧成指定产物的焓变，记作ΔcHm。所谓完全燃烧，即组成反应物的各元素，在经过燃烧反应后，必须呈现本元素的最高化和价。通常，C、H等元素的燃烧产物分别为CO2(g)、H20(1)等。由于在上述
条件下ΔH=Qp，因此ΔcHm。也就是该物质燃烧反应的等压热效应Qp。
同时还有，反应物和生成物在指定的温度下都属于标准状态。如苯甲酸在298.15K时的燃烧反应过程为：
由热力学第一定律，恒容过程的热效应，即。恒压过程的热效应，即。它们之间的相互关系为：
或
其中为反应前后气态物质的量之差；R为气体常数；T为反应的绝对温度。
本实验通过实验测得值，根据上式就可以计算出，即燃烧焓的值。在计算萘的恒压燃烧热时，应注意其数值大小与实验的温度有关，其关系式为：
式中的是反应前后的恒压热容之差，它是温度的函数。一般说来，反应的热效应随温度的变化不是很大，在较小的温度范围内，认为它是一个常数。
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Qp (即燃烧反应的ΔcUm)。。若反应系统中的气体物质均可视为理想气体，根据热力学推导，ΔcHm和ΔcUm的关系为
ΔcHm＝ΔcUm +RTΣBνB(g) (1)
我的青春我的爱式中：T——反应温度，K；
ΔcHm记忆之宫——摩尔燃烧焓，J·mol-1；
ΔcUm——摩尔燃烧内能变，J·mol-1；
νB(g)——燃烧反应方程式中各气体物质的化学计量数。
产物取正值，反应物取负位。
通过实验测得Qv值，根据上式就可计算出Qp，即燃烧焓的值。
测量热效应的仪器称作量热计。量热计的种类很多。一般测量燃烧焓用弹式量热计。本实验所用量热计和氧弹结构如下图所示。内筒以内的部分是仪器的主体，即本实验研究的体系，内水桶与外水套之间以空气隔热，下方有绝缘的垫片4架起，上方有绝热胶板5覆盖，还把内水桶的外表面进行了电抛光。为了减少对流和蒸发，减少热辐射及控制环境温度恒定，体系外围包有温度与体系相近的水套。为了使体系的温度很快达到均匀，还有搅拌器，由马达带动。这样，内水桶连同其中的氧弹、测温器件、搅拌器和水使近似构成一个绝热系统。为了准确测量温度的变化，我们由精密的温差测量仪来实现，实验中把温差测定仪的热敏探头插入研究体系内，便可直接准确读出反应过程中每一时刻体系温度的相对值。样品的燃烧的点火由一拨动开关接入可调变压器来实现。
嘌呤核苷酸氧弹是用不锈钢制成的，主要部分有厚壁圆筒1、弹盖2、和螺帽3紧密相连；在弹盖2上装有用来充入氧气的近气孔4、排气孔5和电极6，电极直通弹体内部，同时作为燃烧皿7的支架；为了将火焰反射向下而使弹体温度均匀，在另一电极8（同时也是进气管）的上方还有火焰遮板9。
量热仪的外桶盖为提升式。将其向上提到限位高度，顺时针旋转约90。，便可停放住。点火电极的上电极触头、内水桶搅拌器及测湿器件均固定在外桶盖，当把桶盖旋转到适当位置降下时，它们便都处于预定位置。搅拌器的马达也固定在外桶盖上，其电源线及点火电极连线经桶盖内部与量热仪的电控部分连通。氧弹的另一极经弹杯、内水捅及外水套与电控部分连通。
当温度变化不大时，可以认为热敏电阻阻值变化与温度变化成正比；当阻值变化不大时，电桥的不平衡电势U与阻值变化成正比。所以
U∞ΔT
由于U与记录仪的记录曲线峰高ΔT成正比，故
ΔT＝aΔh (2)
式中a为比例常数。设系统(包括所有内水桶中的物质)的热容C为常数，则当某样品连同辅助物质棉线、金属丝燃烧后，下式成立
ΣΔcUB·mB = CΔT = CaΔh = KΔh (3)
B MB
式中：ΔcUB——物质B的摩尔燃烧内能变，J·mol-1；
m B——物质B的质量，kg；
m B——物质B的摩尔质量，kg·mol-1；
C——系统热容，也称能当量或水当量，J·K-1；
贺州水污染
K——仪器常数，J·mm-1；
Δh——记录仪记录曲线峰高，mm。
先燃烧已知燃烧烩的物质(如苯甲酸)，标定仪器常数K，再燃烧未知物质，便可由上式计算出摩尔燃烧内能变(即摩尔恒容燃烧热)。
二、实验部分
[仪器和药品]
1. 弹式量热计1套；热敏电阻1阳江网络问政平台支(约2kQ)；自动平衡记录仪1台(0-20mV)。
2. 排队论的应用温度计l支；2000ml容量瓶1个；3000m1装水盆1个；镊子1把。
3. 压片机、镍丝、棉线、万用表、台称、分析天平、剪刀、尺子、氧气瓶公用。
4. 分析纯的苯甲酸和荼。
仪器名称 | 数目 | 规格 | 制造厂家 |
计算机及接口 | 1 | —— | 清华同方 |
氧弹式量热计 | 1 | GR3500 | 长沙仪器厂 |
数显温度计热量计控制器 | 1 | SX-1 RK-1 | 长沙仪器厂 |
分析天平 | 1 | AB204-E | 瑞士 |
容量瓶 | 2 | 2000ml 1000ml | —— |
压片机 | 2 | —— | —— |
万用表 | 1 | —— | —— |
其他：水盆一个、镊子一个、镍丝、棉丝、台称、剪子、尺子、氧气瓶（共用） |
药品名称 | 药品浓度 | 药品状态 | 药品来源 |
苯甲酸 | 纯 | 固体 | 化学实验室 |
萘 | 纯 | 晶体 | 化学实验室 |
| | | | | | | |
[实验用数据]
项目 | 数值（单位） |
棉线燃烧内能变 | -16736 |
镍丝燃烧内能变 | -3243 |
苯甲酸燃烧内能变 | -26487 |
| |
[实验步骤]
实验步骤 | 实验现象 |
取一根镍丝与一根棉线在分析天平上分别称量质量。大致称取0.52-0.56g苯甲酸，在压片机上压成片状，去掉沾在边缘上的粉末，用棉线绕好，将镍穿过棉线，然后称量。 将药片上的镍丝紧拴在氧弹的电极上，用万用表检查是否通路。旋紧弹盖，充入1Mpa的氧气，检查通路与气密性。 用水盆接满自来水，控制水温，将3000ml的水到入水桶内，使槽内外的温度相差0.6-0.8℃。装好搅拌马达，盖好盖子，将温度计插入水槽内，用导线将氧弹的电极与温度控制器相联。开始搅拌马达，单击“开始”，采集温度数据。 当基线走成直线后，按下点火开关，曲线在半分钟内迅速升高，表示点火成功。当升温结束并且走出直线以后，可以停止采集数据，单计“完成”，数据存盘。 取出氧弹，放出废气，旋开弹盖，检查样品是否完全燃烧，将剩余镍丝（除去熔融小球）取下称质量。倒出内桶水，将氧弹洗净、擦干。 称取0.46-0.48g萘，重复上述操作。 整理器材，实验结束。 | 压成白药片，绕棉线，穿过镍丝。 万用表欧姆档有读数，通路。 氧弹在水中没有大量气泡，不漏气 搅拌马达叶轮不与桶壁相碰 温度计不碰桶壁，弹壁。 采集线迅速上升，温度升高。 平稳走成直线。 弹内有水，样品燃烧完全，无黑块状物残留。 压成片状晶体。 |
| |
[注意事项]
1、氧弹充气后一定要检查确信其不漏气，而且要再次检查两电极之间（顶帽与弹盖之间）是否通路。
2、氧弹充气操作的过程中，人应当站在侧面，以免以外情况下弹盖或阀门向外弹出，发生危险。
[数据处理原理]
（方法一）通过测定燃烧前后卡计（包括氧弹周围介质）温度的变化值，就可以求算出该样品的燃烧热，其关系式如下：
式中:m为待测物质的质量（g）；Mr为待测物质的相对分子质量；Qv为待测物质的摩尔燃烧热；Qni为点火的镍丝的燃烧热；mni为点火的镍丝的质量；为样品燃烧前后量热计温度的变化值；为量热计（包括量热计中的水）的水当量，表示量热计（包括介质）每升高一度所需要吸收的热量，可以通过已知燃烧热得标准物（苯甲酸）来标定。已知量热计得水当量以后，就可以利用上式测定萘的燃烧焓。
（方法二）用热敏电阻作为测温元件，用电子自动平衡纪录仪连续纪录内桶水温度的变化。
当温度变化不大时，可以认为热敏电阻阻值变化与温度变化成正比；当阻值变化不大时，电桥的不平衡电势U与阻值变化成正比。所以
由于U与纪录仪的记录曲线峰高成正比，故
式中a为比例常数。设系统（包括所有内水桶中的物质）的热容C为常数，则当某样品连同辅助物质棉线、金属丝燃烧后，下式成立：
式中：——物质B的摩尔燃烧内能变 ，
mB ——物质B的质量，kg
MB ——物质B的摩尔质量 ，
C ——系统的热容，也称水当量 ，
——纪录仪纪录曲线峰高 ，mm
先燃烧已知燃烧焓的物质（苯甲酸），标定仪器常数K，在燃烧未知物质，便可由上式计算摩尔燃烧内能变（摩尔恒容燃烧热）
[数据记录]
(1)计算机程序处理
温度采集曲线
对曲线进行直线拟和，计算出峰高Δh,然后计算燃烧焓。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议