燃烧热的测定

燃烧热测定

一、实验目的

1、学会用氧弹热量计测定有机物燃烧热的方法。

2、明确燃烧热的定义，了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别。

3、掌握用雷诺曲线法校正所测温差的方法。

4、掌握压片技术，熟悉高压钢瓶的使用方法。学会用精密电子温差测量仪测定

温度的改变值。

二、基本原理

燃烧焓的定义：在指定的温度和压力下，lmol的物质完全燃烧生成指定产物

的焓变，称该物质在此温度下的摩尔燃烧焓，记作

cm

HV。燃烧产物指定该化合物

中C变为C0

2

(g)，H变为H

2

O(l)，S变为SO

2

(g)，N变为N

2

(g)，Cl变为HCl(aq)，

金属都成为游离状态等。

燃烧热的测定，除了有其实际应用价值外，还可用来求算化合物的

生成热、化学反应的反应热和键能等，具有重要的理论价值。

量热方法是热力学的一个基本实验方法。热量有Q

p

和Q

v

之分。用

氧弹热量计测得的是恒容燃烧热Q

v

；从手册上查到的燃烧热数值都是在

298.15K，1p条件下，即标准摩尔燃烧焓，属于恒压燃烧热Qp。由热

力学第一定律可知，在不做非膨胀功的条件下，

v

QUV；

p

QHV。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：

pv

QQnRT

（1）

式中，△n为反应前后生成物和反应物中气体的物质的量之差；R为

气体常数；T为反应的热力学温度(量热计的外桶温度，环境温度)。

在本实验中，在盛有2500ml水的容器中放入装有W克样品和氧气的密闭

氧弹，使样品完全燃烧，放出的热量引起体系温度的上升。根据能量守恒原理，

用温度计测量温度的改变量，由下式求得Q

v

。

()

v

M

QCTT

W



终始

（2）

式中，M是样品的摩尔质量（-1）；C为样品燃烧放热给水和仪器每升

高1度所需要的热量，称为水当量(J.K-1)。水当量的求法是用已知燃烧热的物质

（本实验用苯甲酸）放在量热计中，测定和T

始

和T

终

，即可求出水当量C；然

后再用相同的方法对奈进行测定，测定和T

始

和T

终

，代入上式，便可求得其燃

烧热。

三、仪器与试剂：

氧弹热量计1套、容量瓶(1000mL)1个、氧气钢瓶1个、氧气减压阀1个、

苯甲酸(分析纯)、萘(分析纯)、台称1台、电子天平1台(0.0001g)、压片机1台、

燃烧丝、棉线。

四、实验步骤：

1.热量计的水及仪器当量(即总热容量)的测定

热量计的热容量就是与其量热体系具有相同热容量的水的重量(以克计)。热

量计热容量表数值上等于量热体系温度升高1℃所需的热量。量热体系指在实

验过程中发生的热效应所能分布到的部份，包括量热容器，氧弹的全部以及搅

拌器，温度计的一部分。

热量计热容量用已知燃烧热值的苯甲酸，在氧弹内用燃烧的方法测定。试

样的测定应与热容量的测定在完全相同的条件下进行。当操作条件有变化时，

如更换或修理热量计上的另件，更换温度计，室温与上次测定热容量时的室温

相差超过5℃以及热量计移到别处等，均应重新测定热容量。

(1)样品压片在台秤上粗称苯甲酸约0.9-1.0g，用压片机压成片，取约

10cm长的燃烧丝和棉线各一根，分别在电子天平上准确称重；用棉线把燃烧丝

绑在苯甲酸片上，准确称重。

(2)氧弹充氧将氧弹的弹头放在弹头架上，把燃烧丝的两端分别紧绕在氧

弹头上的两根电极上，把弹头放入弹杯中，拧紧。

充氧时，开始先充约0.5MPa氧气，然后开启出口，借以赶出氧弹中的空气。

再充入1MPa氧气，充气约2分钟。氧弹放入量热计中，接好点火线。氧弹不

应漏气，如有漏气现象，应找出原因，子以修理。

(3)调节水温准备一桶自来水，调节水温约低于外筒水温1℃（也可以不

调节水温直接使用）。用量筒取2500mL水注入内筒，水面应淹到氧弹进气阀螺

帽高度的2／3处，装好搅拌头。

(4)测定水当量将测温探头插入内筒，测温探头和搅拌器均不得接触氧弹

和内筒。整个实验分为三个阶段：

1.初期：这是试样燃烧以前的阶段。在这一阶段观测和记录周围环境与量

热体系在试验开始温度下的热交换关系。每隔1min读取温度一次，这样连续读

取8~10组温度，直到读取的温度与上次相差小于0.01℃。

2.燃烧期：燃烧定量的试样，产生的热量传给热量计，使热量计装置的各

部分温度达到均匀。

在初期的最末一次读取温度的瞬间，按下点火键点火(按住约1min不放)，

若温度迅速上升，则表明样品已经开始燃烧（如果通电后，温度没有迅速上升，

表示点火没有成功，需打开氧弹，检查原因）燃烧过程中每隔15s读取一次温

度，直到温度上升明显缓慢为止，这个阶段算作燃烧期。

3.末期：这一阶段的目的与初期相同，是观察在试验终了温度下的热交换

关系。在燃烧期读取最后一次温度后，每隔1min读取温度一次，共读取8~10

组温度作为实验的未期．

（5)停止观测温度后，从热量计中取出氧弹，用放气帽缓缓压下放气阀，

在1分钟左右放尽气体，拧开并取下氧弹盖，量出未燃完的引火线长度，计算

其实际消耗的重量。随后仔细检查氧弹，如弹中有烟黑或未燃尽的试样微粒，

此试验应作废。如果未发现这些情况，用蒸馏水洗涤弹内各部份，坩埚和进气

阀。

(6)用干布将氧弹内外表面和弹盖拭净，最好用热风将弹盖及另件吹干或风

干，备用。

2.试样燃烧热的测定：

萘的燃烧热的测定称取0.5g萘，用上述同样的方法进行测定。

五、数据处理：

1.实验数据：

苯甲酸

反应前期（1次/min）反应中期（1次/15s）反应后期（1次/min）

时间温度时间温度时间温度

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

萘

反应前期（1次/min）反应中期（1次/15s）反应后期（1次/min）

时间温度时间温度时间温度时间温度

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

原始数据记录：

（1）燃烧丝重g；棉线重g；苯甲酸样品重g；

剩余燃烧丝重g；水温℃。

（2）燃烧丝重g；棉线重g；萘样品重g；

剩余燃烧丝重g；水温℃。

2.由实验数据分别求出苯甲酸、萘燃烧前后的t始

和t

终

。

ΔT

苯甲酸

＝ΔT

萘＝

用雷诺法校正温差具体方法为：将燃烧前后观察所得的一系列水温和时间关

系作图，得一曲线，如图1所示。

图1雷诺法校正温差

在图1(a)中，H点意味着燃烧开始，热传入介质；D点为观察到的最高温度值；从

相当于室温的J点作水平线交曲线于I，过I点作垂线ab，再将FH线和GD线延长并

分别交ab线于A、C两点，其间的温度差值即为经过校正的△T。图1(a)中AA′为

开始燃烧到温度上升至室温这一段时间△t

1

内，由环境辐射和搅拌引进的能量所

造成的升温，故应予扣除。CC′为由室温升到最高点D这一段时间△t

2

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A、C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1(b)所示。校正方法相似。

作苯甲酸和萘燃烧的雷诺温度校正后，由△T计算体系的热容量和萘的恒容

燃烧热Q

V

，并计算其恒压燃烧热Q

P

；再用公式法计算体系的热容量和萘的恒容

燃烧热Q

V

，并计算其恒压燃烧热Q

P

。并分别比较测定结果的相对百分误差。

六、注意事项：

1.试样在氧弹中燃烧产生的压力可达14MPa。因此在使用后应将氧弹内部擦干

净，以免引起弹壁腐蚀，减小其强度。

2.氧弹、量热容器、搅拌器在使用完毕后，应用干布擦去水迹，保持表面清洁、

干燥。

3.内筒中加2500mL水后若有气泡逸出，说明氧弹漏气，设法排除。

4.搅拌时不得有摩擦声。

5.测定样品萘时，内筒水要更换且需调温。

6.氧气遇油脂会爆炸。因此氧气减压器、氧弹以及氧气通过的各个部件，各连接

部分不允许有油污，更不允许使用润滑油。如发现油垢，应用乙醚或其他有机溶

剂清洗干净。

7.坩埚在每次使用后，必须清洗和除去碳化物，并用纱布清除粘着的污点。

七、思考题：

1.搅拌太慢或太快有何影响？

2.实验中那些因素容易造成误差？最大误差是哪种？提高本实验的准确度

应该从哪方面考虑？

3.说明恒容热和恒压热的关系。

SHR-15A燃烧热实验仪操作规程

一、简介

SHR-15A燃烧热实验仪是本厂采纳用户意见，从满足师生做燃烧热试验方便，采集数据

快捷、准确的角度出发，以此开发的新型仪器。SHR-15A燃烧热实验仪集数据采集、点火控

制、搅拌控制于一体，外观新颖，是院校师生做此类实验的理想仪器。

二、面板示意图

（一）前面板示意图

图一面板示意图

1、电源开关。

2、锁定键——锁定选择的基温，按下此键，基温自动锁定，此时“采零”键不起作用，

直至重新开机。

3、测量/保持键——测量与保持功能之间的转换。

4、采零键——用于消除仪表当时的温差值。

5、增时健——按下此键，延长定时时间。

6、减时健——按下此键，缩短定时时间。

7、搅拌开关。

8、点火按键——按下此键，点火输出线输出0～36V交流电压。

9、指示灯——灯亮，表明仪表处于相对应的状态。

10、定时显示窗口——显示设定的间隔时间。

11、温度显示窗口——显示所测物的温度值。

12、温差显示窗口——显示温差值。

（二）后面板示意图：

图二后面板示意图

1、传感器插座——将传感器插头插入此插座。

2、控制输出——搅拌电机、点火输出连接处。

3、RS232C串行口——计算机接口。（可选配）

4、熔丝盒——保险丝2A。

5、电源线插座——接～220V电源。

三、使用方法

1、将传感器接入后面板传感器座，用专用连接线一端接入后面板“控制输出”座。另一端

接热量计的输入（连接搅拌电机，氧弹），如需与电脑连接,用串行口线与RS232C串行口

连接即可。最后将电源线一端与仪器连接,另一端与～220V的电源连接。

2、打开电源开关，前面板显示如图三，测量指示灯亮：

8.67228.6700

温差显示(℃)温度显示(℃)定时显示(秒)

图三

3、将传感器放入被测介质中，待温度、温差相对稳定后按“采零”键，温差即显示为“0.000”，

此后温差窗口显示即为介质温度“变化量”。

4、按下“锁定”键，“锁定”指示灯亮，仪器自动锁定所需基温，如在26.77℃时,仪器自

动锁定20℃为基温,26.77℃—20℃=6.772℃。温差显示为6.772℃。

注意：按下“锁定”键后，“采零”键不起作用，直至重新开机。

5、打开搅拌开关，搅拌指示灯亮,仪器输出110V的搅拌电机工作电压。

6、按下“点火”按键，“点火”指示灯亮，仪器输出0～36V点火电压，延续数秒后，点火

指示灯灭，表明点火成功。

7、数据采集过程如需手工记录数据或观测数据，按一下“保持”键，蜂鸣器响，温度、温

差不变化，方便记录，再按一下“测量/保持”键，仪器自动跟踪测量，如需定时记录，

按“定时”键可在0～99S之间设定记录时间的间隔。

8、实验完毕，关闭电源开关，拔下电源线。

燃烧热实验——量热计操作规程

一、简介

燃烧焓是指1摩尔物质在等温、等压下与氧进行完全氧化反应时的焓变，是热化学中的

重要数据。一般化学反应的热效应，往往因为反应太慢或反应不完全，不是不能直接测定，

就是测不准。但是，通过盖斯定律可用燃烧热数据间接求算。因此燃烧热广泛地用于各种热

化学测量。测量燃烧热原理是能量守恒定律，样品完全燃烧放出的能量使量热计本身及其周

围介质（本实验用水）温度升高，测量了介质燃烧前后温度的变化，就可计算该样品的恒容

燃烧热。许多物质的燃烧热和反应热已经测定。本实验燃烧热是在恒容情况下测定的。

系统除样品燃烧放出热量引起系统温度升高以外还有其他因素，这些因素都须进行校

正。其中系统热漏必须经过雷诺作图法校正。

校正方法如下：

称适量待测物质，估计其燃烧后可使水温升高1.5～2.0度，预先调节水温使其低于环境1.0

度左右。按操作步骤进行测定,将燃烧前后观察所得的一系列水温和时间关系作图，可得图

b（1）的图形，图中H点意味着开始燃烧，热传入介质；D点为观察到的最高温度值；从相

当于室温的J点作水平线交曲线与I，过I点作垂线ab,再将FH线和GD线延长并交ab线于

A、C两点。A点与C点所表示的温度差即为欲求温度的升高△T。图中AA’为开始燃烧到温

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而造成量热计温度的升高，

必须扣除之。CC’为室温升高到最高点D这一段时间△t2内，量热计向环境的热漏造成温度

的降低，计算时必须考虑在内。由此可见，AC两点的差值较客观地表示了由于样品燃烧促

使温度升高的数值。

有时量热计的绝热情况良好，热漏小，而搅拌器功率大，不断稍微引进能量使得燃烧后

的最高点不出现，如图b（2）所示。其校正方法同前述。

二、使用方法

1、仔细阅读《SHR-15A燃烧热实验仪说明书》。

2、将热量计及全部附件加以整理并洗净。

3、测量水当量K

（1）压片

先用天平粗称1.0g左右的苯甲酸，在压片机中压成片状。（不能压太紧，太紧点火后不

能充分燃烧。）压成片状后,再在天平上准确称重。

（2）装样

旋开氧弹，把氧弹的弹头放在弹头架上，将样品苯甲酸放入坩埚内，把坩埚放在燃烧架

上。取一根燃烧丝并测量其长度，然后将燃烧丝两端分别固定在弹头中的两根电极上，中部

贴紧样品苯甲酸。（燃烧丝与坩埚壁不能相碰）在弹杯中注入10ml水，把弹头放入弹杯中，

用手拧紧。

（3）充氧

使用高压钢瓶必须严格遵守操作规则。开始先充入少量氧气（约0.5MPa），然后将氧弹

中的氧气放掉，借以赶出弹中空气。再向氧弹中充入约2Mpa的氧气。

（4）调节水温

将量热计外筒内注满水，用手动搅拌器稍加搅动。按使用说明书将热量计与燃烧热实验

仪连接起来，打开SHR-15A燃烧热实验仪的电源（不要开启搅拌开关），将传感器插入加水

口测其温度，待温度稳定后，记录其温度值。再用筒取适量自来水，测其温度，如温度偏高

或相平则加冰调节水温使其低于外筒水温1度左右。用容量瓶精取3000ml已调好的自来水

注入内筒，再将氧弹放入,水面刚好盖过氧弹。如氧弹有气泡逸出，说明氧弹漏气，寻找原

因并排除。将电极插头插在氧弹两电极上，此时点火指示灯亮,盖上盖子。（注意：搅拌器不

要与弹头相碰。）同时将传感器插入外筒水中。（5）点火

开启搅拌开关，进行搅拌。水温基本稳定后，将温差“采零”并“锁定”。然后将传感

器取出,放入内筒水中，待温度稳定后,设置蜂鸣60秒一次,每隔60秒记录一次温差值（精

确至±0.002℃），直至连续10次水温有规律微小变化。设置蜂鸣15秒一次，按下“点火”

按钮，此时点火指示灯灭，停顿一会点火指示灯又亮，直到燃烧丝烧断，点火指示灯才灭。

杯内样品一经燃烧，水温很快上升，点火成功。每隔15秒,记录一次温差值，直至两次读数

差值小于0.005℃，设置蜂鸣60秒一次,每隔60秒记录一次温差值（精确至±0.002℃），

连续读10个点，实验结束。

注意：（水温没有上升，说明点火失败，应关闭电源，取出氧弹，放出氧气，仔细检查

燃烧丝及连接线，找出原因并排除）。

（6）校验

实验停止后，关闭电源，将传感器放入外筒。取出氧弹，放出氧弹内的余气。旋下氧弹盖，

测量燃烧后残丝长度并检查样品燃烧情况。样品没完全燃烧，实验失败，须重做；反之，说

明实验成功。

4、测量待测物

称取0.6克左右萘，同法进行上述实验操作一次。

三、注意事项

1、待测样品需干燥，受潮样品不易燃烧且称量有误。

2、注意压片的紧实程度，太紧不易燃烧，太松容易裂碎。

3、加热丝应紧贴样品，点火后样品才能充分燃烧。

4、点火后，温度急速上升，说明点火成功。若温度不变或有微小变化，说明点火没有成功

或样品没充分燃烧。应检查原因并排除。

5、实验仪“采零”或正式测量后必须“锁定”。