一、实验目的

1．掌握燃烧热的定义，了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别及相互关系；

2．熟悉热量计中主要部件的原理和作用，掌握氧弹热量计的实验技术；

3．用氧弹热量计测定苯甲酸萘的燃烧热；

4．学会雷诺图解法校正温度改变值。

二、实验原理

1．燃烧与量热

根据热化学的定义，1mol物质xx氧化时的反应热称作燃烧热。所谓xx氧化，对燃烧产物有明确规定。如有机化合物中的碳氧化成一氧化碳不能认为是xx氧化，只有氧化成二氧化碳才是xx氧化。

燃烧热的测定除了有其实际应用价值外，还可以用于求算化合物的生成热、键能等。

量热法是热力学的一种基本实验方法。在恒容或恒压条件下可以分别测得恒容燃烧热QV和恒压燃烧热Qp。由热力学{dy}定律可知，QV等于体积内能变化△U； Qp等于其焓变△H。若把参加反应的气体和反应生成的气体都作为理想气体处理，则它们之间存在以下关系：

                       △H=△U+△（pV）                      （Ⅱ—4—1a）

                       Qp=QV+△nRT                           （Ⅱ—4—1b）

式中△n为反应前后反应物和生成物中气体的物质的量之差；R为摩尔气体常数；T为反应时热力学温度。

氧弹热量计测量装置如图Ⅱ—4—1所示。图Ⅱ—4—2氧弹的剖面图。

        Ⅱ—4—1                                                          Ⅱ—4—2

2．氧弹热量计

   氧弹热量计的基本原理是能量守恒定律。样品xx燃烧后所释放的能量使得氧弹本身及其周围的介质和热量计有关附件的温度升高，则测量介质在燃烧前后体系温度的变化值，就可求算该样品的恒容燃烧热。其关系式如下：

                    —（m样/M）QV—l*Ql=（m水C水+C计）△T

式中m样和M分别为样品的质量和摩尔质量；QV为样品的恒容燃烧热；l和Ql是引燃用铁丝的长度和单位长度燃烧热；m水和C水是以水为测量介质时，水的质量和比热容；C计称为热量计的水当量，即除水之外，热量计升高1℃所需的热量；△T为样品燃烧前后水温的变化值。

为了保证样品xx燃烧，氧弹中须充以高压氧气或其他氧化剂。因此氧弹应有很好的密封性能，耐高压且耐腐蚀。氧弹应放在一个室温一致的恒温套壳中。盛水桶与套壳之间有一个高度抛光的挡板，以减少热辐射和空气的对流。

3．雷诺温度校正图

   实际上，热量计与周围环境的热交换无法xx避免，它对温度测定测量值的影响可用雷诺温度校正图校正。具体方法为：称取适量待测物质，估计其燃烧后可使水温上升1.5~2.0℃。预先调节水温使其低于室温1.0℃左右。按操作步骤进行测定，将燃烧前后观测所得的一系列水温和时间关系作图。可得如图Ⅱ—4—3所示的曲线。图中H点意味着燃烧开始，热传入介质；D点为观察到的{zg}温度值；从相当于室温的J点作水平线交曲线于I，过I点做垂线ab，再将FH线和GD先分别延长并交ab线于A、C两点，其间的温度差值即为经过校正的△T。图中AA′为开始燃烧到体系温度上升至室温这一段时间△t1内，由环境辐射和搅拌引进的能量所造成的升温，故应予以扣除。CC′是由室温升高到{zg}点D这一时间△t2内，热量计向环境的热漏造成的温度降低，计算时必须考虑在内。故可认为，AC两点的差值较客观地表示了样品燃烧引起的升温数值。

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出现极高温度点，如图Ⅱ—4—4所示。

                 Ⅱ—4—3                                                    Ⅱ—4—4

三、仪器和试剂

氧弹热量计1套    万用表1个    数字式精密温差测量仪1台   案称（10kg）1台

氧气钢瓶装  1只   温度计（0~50℃）1支  氧气减压阀1只   小台钟 1只

压片机1台    烧杯（1000ml）1只     电炉（500W）  1个    xx天平  1台

塑料桶 1个   引燃专用铁丝   直尺1把  苯甲酸（分析纯） 剪刀1把  萘（分析纯）

四、实验步骤

一、测定热量计的水当量

1．样品制作

用xx天平称取大约0.95g左右的苯甲酸，在压片机上稍用力压成圆片。用镊子将样品在干净的称量纸上轻击二、三次，除去表面粉末后再用分析天平xx称量。

2．装样并充氧气

拧开氧弹盖，将氧弹内壁擦干净，特别是电极下端的不锈钢丝更应擦干净。搁上金属小器皿，小心将样品片放置在小器皿中部。剪取18cm长的引燃铁丝，在直径约3mm的铁钉上，将引燃铁丝的中段绕成螺旋形约5~6圈。将螺旋部分紧贴在样品片的表面，两端如图   Ⅱ—4—2所示固定在电极上。注意引燃铁丝不能与金属器皿想接触。用万用电表检查两电极见的电阻值，一般应不大于20Ω。旋紧氧弹盖，卸下进气管口的螺栓，换接上导气管接头。导气管的另一端与氧气钢瓶上的减压阀连接。打开钢瓶阀门，向氧弹中充入2MPa的氧气。

旋下导气官，关闭氧气瓶阀门，放掉氧气表中的余气。将氧弹的进气螺栓旋上，再次用万用表检查两电极间的电阻。

3．测量       

用案秤称取已被调节到低于室温1.0℃的自来水3kg于盛水桶内。将氧弹放入水桶中央，装好搅拌马达，把氧弹两电极用导线与点火变压器相连接，盖上盖子后，先将数字式精密温差测量仪的探头插入恒温水夹套中测出环境温度，然后将其插入系统。开动搅拌马达，待温度稳定上升后，每隔1min读取一次温度。10~12min后，按下变压器上的电键通电4~5s点火，自按下电键后，温度读数改为每隔15s一次，直到两次读数差值小于0.005℃，读数间隔恢复为1min一次，继续10~12min后方可停止实验。

关闭电源后，取出数字式精密温差测量仪的探头，再取出氧弹，打开氧弹出气口放出余气。旋开氧弹盖，检查样品燃烧是否xx。氧弹中应没有明显的燃烧残渣。若发现黑色残渣，则应重做实验。测量未燃烧的铁丝长度，并计算实际燃烧掉的铁丝长度{zh1}擦干氧弹和盛水桶。

五、思考

1．固体样品为什么要压成片状？

压成片状易于燃烧，和氧气充分接触，且易于称重。在转移样品可以减少质量损失；粉状样品在充氧时会飞扬,所以要把样品压成片状.

2.在量热学测定中，还有哪些情况可能需要用到雷诺温度校正方法？

答: 在体系与周围环境可能有热交换的情况下都可能需要用到雷偌温度校正方法．例如在测量中用到热量计或用到搅拌器等的情况下．

3.如何用萘的燃烧数据来计算萘的标准生成热？

答: 因为△fHm=△rH反应物-△rH生成物,所以求出萘在此温度下的燃烧热;再用公式 △fH2=△FH1+Cp(T2-T1)求出萘的标准生成热．

六、数据记录与处理

苯甲酸的雷诺温度校正图：

得△T=1.883838K

由式：—（m样/M）QV—l*Ql=（m水C水+C计）△T

得C计=2.3755

萘的雷诺温度校正图：

得△T =1.6148K

所以，再由式：—（m样/M）QV—l*Ql=（m水C水+C计）△T

得Q萘=—5193.07kJ/mol