1.实验目的

（1）用氧弹式量热计测定萘的燃烧热。

（2）了解量热计的原理、构造和使用方法。

（3）学会用雷诺作图法校正温度变化值。

2.实验原理

在一定温度下，化学计量数νB=1的有机物B与氧气进行完全燃烧反应生成规定的燃烧产物时的标准摩尔反应焓，称为物质B的标准摩尔燃烧焓。由于绝大多数有机化合物不能直接从单质合成，而且合成反应中又往往存在副反应，因而它们的标准摩尔生成焓也就不能直接测定。但是有机化合物燃烧反应进行得比较完全，且副反应少，摩尔燃烧焓数值较大，测定的准确度高，故主要用来求算物质的标准摩尔燃烧焓。此外，也可以用它计算标准摩尔反应焓、估算键能以及作为燃料的质量指标，如工业上比燃烧焓是煤、天然气、石油等燃料的一个重要质量指标。

燃烧热的测定是在热量计中进行，其分为定容（氧弹式）和定压（火焰式）两类。氧弹式适用于固体和液态物质的燃烧，火焰式适用于气态或挥发性液态物质的燃烧。测定的分别是恒容燃烧热和恒压燃烧热。然后经过能量、化学计量的测定及标准态的换算，才能求得标准摩尔燃烧焓。

从热力学第一定律可知，如果燃烧反应是在恒温恒压且不做非体积功条件下进行，则摩尔燃烧热在量值上等于恒压摩尔燃烧焓：

Qp，m=ΔcHm

如果燃烧反应是在恒温恒容不做非体积功条件下进行，则摩尔燃烧热在量值上等于恒容摩尔燃烧焓：

Qp，m=ΔcUm

恒压摩尔燃烧热与恒容摩尔燃烧热有如下关系：

Qp，m=QV，m+∑νB（g）RT

其中，∑νB（g）指燃烧反应计量方程式中气体物质B的计量系数之代数和。

本实验是采用氧弹式量热计来测定萘的燃烧热。通过测定恒容过程的燃烧热QV，m，再由反应前后气态物质摩尔数的变化Δn，就可求算出恒压过程的燃烧热Qp，m。

3.仪器与试剂

氧弹式量热计1套；氧气钢瓶公用；点火变压器1套；万用电表公用；精密温差测量仪1套；普通温度计（0℃～50℃）1支；烧杯1个；容量瓶（1000mL）1个。

苯甲酸（A.R）公用；萘（A.R）公用；镍丝公用。

4.实验步骤

由于每套仪器的热容不一样，所以在测定萘的燃烧热之前，应首先测出仪器的水当量。本实验采用已知燃烧热的苯甲酸作为标准物质测定仪器的水当量。下面是几种物质的恒容燃烧热：苯甲酸26442.9J·g-1；蔗糖16526.8J·g-1；棉丝16736J·g-1；铁丝6694.4J·g-1；镍丝3242.6J·g-1；如用镍丝或铁丝作为引火物质，在引火过程中它们也会燃烧放热。因此，在计算时必须要考虑它们的燃烧热。

（1）仪器装置（见仪器说明三）。

（2）样品

用分析天平准确称量苯甲酸[（0.9±0.1）g]，倒入金属小皿中，并将金属小皿放入氧弹内。

（3）缠镍丝

截取大约15cm无弯曲、无扭折的镍丝在分析天平上准确称至0.1mg。将镍丝的中部在大头针上绕二三圈。将大头针抽出，用净布将氧弹内部擦干净，将镍丝两端分别绑牢于氧弹中的两根电极上，使镍丝的中部与样品接触。

（4）充氧气

打开氧弹出气口（氧弹的结构见仪器说明三），旋紧氧弹盖，用万用电表检查两根电极是否通路。若通路，则旋紧出气口后就可以充氧气。充氧气方法如下：将氧气表头的导管和氧弹的进气管接通，此时减压阀门应逆时针旋松，打开总阀门1，然后渐渐旋紧减压阀门（即渐渐打开），使低压表指针指在表压20kg·cm-2，氧气已充入氧弹中。1～2min后旋松减压阀门，关闭总阀门，再松开导气管。

（5）燃烧和测量温度

将充好氧气的氧弹再用万用电表检查是否通路。若通路，则将氧弹放入卡计的恒温套层内（见仪器说明三），用容量瓶准确量取自来水3000mL倒入盛水桶中，装好搅拌马达，盖上盖子，将精密温差测量仪的温度探头插入水中，氧弹两极用电线连接在点火变压器上。同时打开精密电子温差测量仪，预热10min，然后按附录使用方法调整。接着开动搅拌马达，待温度稳定后，用旋钮将初始水温设定为零，每隔1min读取温度一次。这样继续10min，把点火电流调到80%，然后按下变压器上“点火”开关，通电点火。若变压器上点火指示灯亮后熄灭，温度迅速上升，则表明氧弹内样品已燃烧。将点火开关扳到“振动”位置，若指示灯亮后不熄，表示镍丝没有烧断，应立即加大电流引发燃烧，若指示灯根本不亮或者虽加大电流也不熄灭，而且温度也不见迅速上升，则须打开氧弹检查原因。自按下点火开关后，读数改为每隔15s一次。约1min内温度迅速上升。当温度升到最高点以后，将读数仍改为1min一次，继续10min，方可停止实验。(www.daowen.com)

实验停止后，取出温度探头，拿出氧弹，打开氧弹出气口、放出余气。最后旋出氧弹盖，检查样品燃烧结果，若氧弹中没有黑色的残渣，表示燃烧完全，若有黑色残渣，表示燃烧不完全，实验失败。将燃烧后剩下的镍丝从电极上取下拿到分析天平上准确称重。最后倒去自来水，擦干盛水桶待下次实验用。

（6）测量萘的燃烧热

称取0.6g左右萘，同法进行上述实验操作一次。

5.数据处理

（1）将在水当量及燃烧热中测得之温度与时间的关系分别列表。

（2）用作图法分别求出苯甲酸和萘燃烧热，量热计温度的升高值ΔT。

将燃烧前后历次观察的水温对时间作图，连成abcd折线（见图3-1（a））。

图中b相当于开始燃烧之点，c为观察到最高的温度读数点，作温度曲线的中间点（Tmax-Tmin）/2之平行线TO交折线于O，过O点作AB垂直，然后将ab线、cd线外延交AB于F、E两点，F点和E点所表示的温度差即为欲求温度的升高ΔT。图中EE′为开始燃烧到温度上升至室温这一段时间Δt1内，由环境辐射进来和搅拌引进的能量而造成卡计温度的升高，必须扣除之。FF′为温度由室温升高到最高点c这一段时间Δt2内，卡计向环境辐射出能量而造成卡计温度的降低，因此需要添加上。由此可见，FE两点的温度差是客观地反映由于样品燃烧促使卡计温度升高的数值。

有时卡计的绝热情况良好、热漏小，而搅拌器功率大，不断搅拌引进能量使得燃烧后的最高点不出现（见图3-1（b））。这种情况仍然可以按照同法校正之。

图3-1　燃烧前后历次观察的水温时间作图

（3）计算水当量

在被研究的体系中，燃烧放热的物质有：样品、引火丝（镍丝），还有酸的形式（本实验这项略去）。这些热量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。如果量热计与环境之间没有热交换，则存在如下的热平衡式：

Qv·a+qv·b=（VρC）H2O·ΔT+C卡ΔT

∵C卡=（Qv·a+qv·b）/ΔT-（VρC）H2O式中，Qv为苯甲酸的燃烧热（26442.9J.g-1）；

a为苯甲酸的重量（g）；

qu为镍丝的燃烧热（3242.6J·g-1）；

b为已烧掉的镍丝的重量（g）；

V为桶c中水的体积（3000mL，所量的水一定要保证把氧弹全部淹没，其温度的改变决定于待测样品发热量的大小）；

ρ为水的密度（g·mL-1）；

C 为水的比热（J·g-1）；

C卡为量热计的水当量（其单位为J·℃-1，亦可用g表示）。

（4）依上法和有关数据计算萘的燃烧热Qv和恒压燃烧热Qp。

（5）从样品称重和精密温差测量仪的精密度，估算量热计水当量和燃烧热测量的相对误差。

6.思考题

（1）为什么进行燃烧前要加少量水到氧弹中？

（2）不考虑样品比热、酸形成的热量，所引入的误差有多大？

（3）如何选择样品用量？过多、过少对实验结果有何影响？