图1 量热氧弹实验四 燃烧焓的测定冷向星 2010011976 材03班（同组实验者：琦）实验日期：2012-4-5 带实验的老师：春1 引言有机化合物的生成焓难以直接从实验中测定，然而有机化合物易于燃烧，含碳、氢和氧等三种元素的有机化合物完全燃烧时生成二氧化碳和水。
从有机化合物燃烧的热效应数据也可以估算反应热效应。
通常燃烧焓在等容条件下测定（即称为“氧弹”的不锈钢容器中燃烧），所得数据为值，经换算后可得出值。
1.1实验目的1．使用弹式量热计测定萘的燃烧焓。
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。
1.2实验原理当产物的温度与反应物的温度相同，在反应过程中只做体积功而不做其它功时，化学反应吸收或放出的热量，称为此过程的热效应，通常亦称为“反应热”。
热化学中定义:在指定温度和压力下，一摩尔物质完全燃烧成指定产物的焓变，称为该物质在此温度下的摩尔燃烧焓，记作ΔC H m 。
通常，C 、H 等元素的燃烧产物分别为CO 2(g)、H 2O(l)等。
由于上述条件下ΔH=Q p ，因此ΔC H m 也就是该物质燃烧反应的等压热效应Q p 。
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Q V （即燃烧反应的摩尔燃烧能变ΔC U m ）。
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，ΔC H m 和ΔC U m 的关系为:p V Q Q nRT =+∆ （1）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。
本实验是用氧弹式量热计进行萘的燃烧焓的测定，结构如图1。
实验过程中外水套保持恒温，水桶与外水套之间以空气隔热。
同时，还把水桶的外表面进行了电抛光。
这样，水桶连同其中的氧弹、测温器件、搅拌器和水便近似构成了一个绝热系统。
将待测燃烧物质装入氧弹中，充入足够的氧气。
氧弹放入装有一定量水的桶中，盖好外桶盖。
以电控部分各开关控制搅拌并实现燃烧点火，用热敏电阻作为测温元件，用电子自动平衡记录仪连续记录桶水温度的变化。
当某样品连同辅助物质棉线、金属丝燃烧后，下式成立：V V V rmQ K T Q m Q m M ••=•∆--棉线棉线点火丝点火丝 （2） 式中：m ——为待测物的质量，kg ； r M ——为待测物的摩尔质量，kg·mol -1 ；K ——仪器常数，kJ·℃－1 ； T ∆——样品燃烧前后量热计温度的变化值；V Q 棉线，V Q 点火丝——分别为棉线和点火丝的恒容燃烧热（－16736和－3243 kJ/kg ） m 棉线，m 点火丝——分别为棉线和点火丝的质量，kg ；先燃烧已知燃烧焓的物质（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能变。
2 实验操作2.1 实验药品、仪器型号弹式量热计1套；热敏电阻1支（约2k Ω）；自动平衡记录仪1台（0—20mv ）；温度计1支；2000ml 容量瓶1个；1000ml 容量瓶一个；容积大于3L 装水盆1个；镊子1把。
压片机、镍丝、棉线、万用表、台秤、分析天平、刷子、氧气瓶公用。
分析纯的苯甲酸和萘。
2.2 实验条件（实验温度、湿度、压力等）温度：18.0℃ 湿度：28.5% 气压：101.31Kpa2.3实验操作步骤及方法要点1，样品准备取镍丝两根和棉线两根分别在分析天平上准确称重。
在台秤上粗称0.8g 苯甲酸，在压片机上压成片状，取出药片并轻轻去掉黏附在药品上的粉末，用称好的棉线绕在药片上，将镍丝穿入棉线挂在分析天平上准确称量。
将苯甲酸片上的镍丝紧拴在氧弹的两根电极上。
用万用表检查是否通路，旋紧弹盖。
通入氧气至真空表不再有变化。
充气后再检查是否通路与漏气，然后将氧弹放入水桶。
2，仪器准备打开数显温度计热量计控制器中的电源，将铂电阻温度计探头放入外水套，测量外水套水温。
用水盆打一盆自来水（体积＞3L ），调节水温，使水温低于外水套温度0.7℃左右，用容量瓶量取3L 水倒入水套桶中，将电极插在氧弹上，盖上盖子，打开搅拌，将铂电阻温度计探头放入水套桶中。
3，燃烧(２分钟左右)，按下点火键，如果点火成功，过半分钟左右温度应升高。
温度不再升高后，继续记录一段水平线，再将铂电阻温度计探头放入外水套中，直到温度没有变化（温度曲线为 4，测量未知样品取萘约0.6g ，重复上述操作。
2.4注意事项1，称取样品不可过量，否则会升温过高，记录信号超出量程。
2，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间是否通路。
3，将氧弹放入量热仪前，一定要先检查点火控制键是否位于“关”的位置。
点火结束后，即将其关掉。
4，氧弹充气操作过程中，人应站在侧面，以免意外情况下弹盖或阀门向上冲出，发生危险。
3 结果与讨论 3.1 原始实验数据外套水温在变化中，故所记录温度不为精确值。
3.2 实验数据处理1.1和21和2到完全燃烧后温度不变的位置（水平线位置）蓝色光标放在升温曲线上的任何位置经计算机处理得Q V =-5362.0667kJ/mol ，p V Q Q nRT =+∆=-5367.0240kJ/mol 2.利用Origin 处理数据将苯甲酸组的数据作图并拟合，得到：图2苯甲酸数据处理图将萘组数据作图并拟合，得到：图3 萘数据处理图可得到苯甲酸曲线峰高127.83mv，萘曲线峰高147.41mv。
3.2计算的数据、结果将数据代入公式：V V V rmQ K T Q m Q m M ••=•∆--棉线棉线点火丝点火丝，其中： m =0.7881g ， Mr =122.12g ，Q V =-3326.0 kJ/mol ， m 棉线= 0.0162g ，m 镍丝（燃烧部分）=0.0041g ； 由公式：p V Q Q nRT =+∆ 6522215()()7()3()2C H COOH O CO H O +=+固气气液 可以求得Q v = -3324.8 kJ/mol 。
得到K=-170.08J/mv 。
再将K 值代入公式，求萘的燃烧焓 m =0.5990g ， Mr =128.17g ， m 棉线= 0.0154g ,m 镍丝（燃烧部分）=0.0079g ； 得到 Q V =-5303.91kJ 。
反应方程式为： C10 H8 (s) + 12 O2 (g) = 10 CO2 (g) + 4 H2 O(l) ，mol n 2-=∆ p V Q Q nRT =+∆=-5308.87kJ/mol 。
3.3讨论分析3.3.1数据分析比较萘摩尔燃烧焓的文献值为-5153.9 kJ/mol （298.15K ，101325Pa ）：采用计算机软件进行数据处理得到的结果为-5367.0240kJ/mol ，相对偏差为4.14%； 运用公式计算得到的结果为-5308.87kJ/mol ，相对偏差为3.01%，两种数据处理方法结果相似，误差均在5%以。
3.3.2误差分析测量值与理论值出现了一定的误差，分析其中原因，主要有以下几个方面：1，反应温度（外水套温度）一直处于变化之中，无法精确测量，故计算的摩尔燃烧焓的实际值与文献值略有差异。
2，燃烧焓的定义中要求燃烧前后温度不变，实验中却是需要利用水桶水温的升高来进行曲线峰值的计算，属于非等温反应系统。
在计算方法上进行了简化，认为温度近似不变。
3，尽管水桶与外水套之间以空气隔热但系统并不能做到严格绝热，热交换是存在的，具体表现为外水套的温度点火后会升高。
为了减小热交换的影响，水桶点火前水温应调节成比外水套温度低0.7℃左右（这样测量过程中的吸热量会近似等于放热量）。
但是由于在同水倒入的过程中温度会发生变化，故温差会减少。
在本次试验中两组实验的温差都小于0.7℃，导致曲线峰高变大，导致测定的燃烧焓偏大。
4，操作方面不严格，例如在制作药片时应该带手套，徒手操作对样品的质量测量会带来误差。
5，氧弹中除了氧气外还有一部分空气，空气中的氮气也会燃烧放热，但在本实验中并未校正。
3.3.3异常现象分析无异常现象。
4 结论4.1采用计算机软件进行数据处理得到的结果为萘的燃烧焓=-5367.0240kJ/mol4.2运用公式计算得到的结果为萘的燃烧焓=-5308.87kJ/mol5 参考文献《基础物理化学实验》（贺德华 麻英 连庆 编，高等教育，2008）6 附录6.1 思考题1．本实验中如何考虑系统与环境？系统与环境通过哪些途径热交换？这些热交换结果影响怎样？如何校正？水桶以为系统，具体包括氧弹、测温器件、搅拌器和水，近似为绝热系统。
水桶以外的外水桶和水为环境。
系统和环境通过外水桶之间的空气对流进行热交换。
这些热交换使得环境吸收系统的热量，系统升温变慢。
可以通过雷诺法校正。
2．使用氧气时要注意那些问题？（1）气瓶应专瓶专用，不能随意改装，各种气压表一般不得混用；（2）气瓶应存放在阴凉、干燥、远离热源的地方，氧气是强助燃气体，气瓶与明火距离不小于5 米；（3）搬运气瓶时要轻要稳，放置要牢靠； （4）操作时氧气瓶严禁油污；（5）不可将气体气瓶用尽，以防倒灌；（6）开启气门时应站在气压表的一侧，不准将气瓶总阀对准头或身体，以防万一阀门或气压表冲出伤人。
（7）充气时应锁紧气阀，缓慢充气，直到没有响声，气压表示数稳定一段时间。
3. 搅拌过快或过慢有什么影响？4．实验中硝酸的生成对结果有何影响?如何校正？硝酸生成主要是氧弹中剩余的空气中氮气被氧化并溶于水，则相当于发生反应：22232524N O H O HNO ++→，总反应放热，仪器常数K 会增大，忽略硝酸的生成将使测得的燃烧焓数据偏大。
校正：利用两个已知燃烧焓的物质。
利用其中一个算出K 值，再用这个K 值去测另一个的燃烧焓。
用测得的数据与理论值相比较，其中的偏差就是由氮气等其他物质反应造成的。
利用这个偏差去矫正最后的燃烧焓。
5. 如果反应完后，剩余镍丝丢失，可不可以忽略，为什么？ 镍丝质量不到0.01g ，燃烧时放出热量不到1J ，可以忽略。