1、 燃烧热的测定实验一. 实验目的 用氧弹量热计测定萘的燃烧热。二. 实验原理 在适当的条件下，许多有机物都能迅速而完全地进行氧化反应，这就为准确测定它们的燃烧热创造了有利条件。为了使被测物质能迅速而完全地燃烧，就需要有强有力的氧化剂。在实验中经常使用压力为 25-30atm 的氧气作为氧化剂。用氧弹量热计进行实验时，氧弹放置在装有一定量水的铜水桶中，水桶外是空气隔热层，再外面是温度恒定的水夹套。样品在体积固定的氧弹中燃烧放出的热、引火丝燃烧放出的热和由氧气中微量的氮气氧化成硝酸的生成热，大部分被水桶中的水吸收；另一部分则被氧弹,水桶、搅拌器及温度计等所吸收。在量热计与环境没有热交换的情况下，可
2、以写出如下的热量平衡公式：-Qv.a-q.b+1.43c=W.h. +C 总 . （1）tt式中：Qv：被测物质的定容燃烧热 （cal .g-1 ） ； a：被测物质的质量（g） ；q：引火丝的燃烧热（cal .g-1 ） ；b:烧掉了的引火丝质量（g） ；1.43:硝酸生成热为-14300cal .mol-1 ，当用 0.100NNaOH 来滴定生成的硝酸时，每毫升碱相当于-1.43 cal ；c 滴定生成的硝酸时，耗用 0.100NNaOH 毫升数；W: 水桶中的水的质量（g） ；h :水的比热（cal .g -1. -1） ；C 总 氧弹、水桶等的总热容 (cal. -1 );与环境无热
3、交换时的真实温差。t如在实验时保持水桶中水量一定，把（1）式右端常数合并得到下式：-Qv.a-q.b+1.43c=k (2)t式中：k= (W.h+C 总 ) cal. -1，称为热量计的水当量。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t得的温差进行校正，下面是常用的经验公式：校正 =(V+V1)/2 m+V1 r (3)t式中：V:点火前，每半分钟量热计的平均温度变化；V1:样品燃烧使量热计温度达最高而开始下降后，每半分钟的平均温度变
4、化； m:点火后，温度上升很快（大于每半分钟 0.3 ）的半分钟间隔数。r:点火后，温度上升较慢的半分钟间隔数。在考虑了温差校正后，真实温差 应该是：t= t 高 -t 低. + 校正式中：t 低. :点火前读得量热计的最低温度；t 高 : 点火后，量热计达到最高温度后，开始下降的第一读数。（3）式的意义，可由图 11 的温度-时间曲线来说明。曲线的 AB 段初期体系温度随时间变化的规律，BC 代表温度上升很快阶段，CD 代表主期，DE 代表达最高温度后的末期体系温度随时间变化的规律。从 B 点开始点火到最高温度 D 公经历了 m+r 次读数间隔，在这段时间里，体系与环境热交换引起的温度变化可
5、做如下估计：体系在 CD 段的温度已接近最高温度，由于热损失引起的温度下降规律应与 DE 段的基本相同，故 CD 段的温度共下降 V1 r。而 BC 段介于低温和高温之间，只好采取两区域温度变化的平均值来估计，故 BC 段的温度变化为(V+V 1)/2 m。因此，总的温度改正即如（3）式所示。从（2）式可知，要测得样品的 Qv 必须知道仪器的水当量 K。测量的方法是以一定量的已知燃烧热的标准物质（常用苯甲酸，其燃烧热以标准试剂瓶上所标明的数值为准）在相同的条件下进行实验，测得 t 低. ,t 高 并用（3）式算出校正 后，就可按（2）式算出 K 值。t三 仪器与试剂 GR-3500 型氧弹量热
6、计（附压片机）一台；分析天平一部； 1L、2L 容量瓶各 1 个；50ml 碱滴定管 1 支；150ml 锥形瓶 1 个。分析纯苯甲酸；分析纯萘；棉纱；引火丝；0.100NNaOH 标准溶液；酚酞指示剂。四 实验步骤(一)量热计水当量的测定1.用布擦净压片模，在台秤上称约 1g 的苯甲酸，进行压片。样片若被沾污，可用小刀刮净，然后在干净的玻璃板上敲击 2-3 次，再在分析天平上准确称量。2.用手拧开氧弹盖，将盖放在专用架上，装好专用的石英杯或不锈钢杯。用移液管取 10ml 蒸馏水放入弹筒中。3.将样片放入石英杯中。剪取 12cm 引火丝，在天平上称量后，将引火丝中段在直径 1.5-2mm 铁丝
7、上绕 56 周使成螺旋体，然后将引火丝两端在两电极上缠紧，使中间螺旋部分靠近样品。用万用表检查两电极是否通路。盖好并用手拧紧弹盖，关好出气口，拧下进气管上的螺钉，换接上导气管的螺钉，导气管的另一端与氧气钢瓶上的氧气减压阀连接。打开钢瓶上的阀门及减压阀缓缓进气，达到 2530atm 后，关好钢瓶阀门及减压阀，拧下氧弹上导气管的螺钉，把原来的螺钉装上，用万能表检查氧弹上导电的两极是否通路，若不通，则需放出氧气，打开弹盖进行检查。4.于量热计水夹套中装入自来水。用容量瓶准确量取 3L 自来水装入干净的铜水桶中，水温应较夹套水温低 0.5左右。用手扳动搅拌器检查桨叶是否与器壁相碰。在两极上接上点火导线
8、，装上已调好的贝克曼温度计（或量热温度计） ，盖好盖子开动搅拌器。贝克曼温度计的调整见附录。5.待温度基本稳定后，开始读点火前最初阶段的温度，每隔半分钟读一次，共 10 个间隔，读数完毕，立即按电钮点火。指示灯熄灭表示着火（如不着火可适当增加电流，重新点火） ，继续每半分钟读一次温度读数，至温度开始下降后，再读取最后阶段的 10 次读数，便可停止实验。温度上升很快阶段的温度读数可较粗略，最初阶段和最后阶段则需精密到 0.002 。点火完后注意关好点火开关，以免下次实验时自动提前点火。6.停止实验后关闭搅拌器，先取下温度计，再打开温热计盖，取出氧弹并将其拭干，打开放气阀门缓缓放气。放完气后，拧开
9、弹盖，检查燃烧是否完全，若弹内有碳黑或未燃烧的试样时，则应认为实验失败。若燃烧完全，则将燃烧后剩下的引火丝在分析天平上称量，并用少量蒸馏水洗涤氧弹内壁，将洗涤液收集在 150ml 锥形瓶中，煮沸片刻，用酚酞作指示剂，以 0.100NNaOH 滴定。最后倒去铜水桶中的水，用毛巾擦干全部设备，以待进行下一次实验。(二)萘的燃烧热的测定在台秤上称约 0.8g 的萘进行压片，其余操作与前相同。五 数据处理 根据实验数据计算：1. 量热计的水当量。2. 萘的定容燃烧热及定压燃烧热，并与文献值比较。六 思考题1. 在使用氧气钢瓶及氧气减压阀，应注意哪些规则？2. 写出萘燃烧过程的反应方程式。如何根据实验测得的 Qv 求出 Qp？3. 用电解水制得的氧气进行实验可以吗？何故？4. 测得非挥发性可燃液体的热值时，能否直接放在氧弹中的石英杯（或不锈钢杯）里测定？
