燃燒熱的測定

燃燒熱測定

一、實驗目的

1、學會用氧彈熱量計測定有機物燃燒熱的方法。

2、明確燃燒熱的定義，了解恒壓燃燒熱與恒容燃燒熱的差別。

3、掌握用雷諾曲線法校正所測溫差的方法。

4、掌握壓片技術，熟悉高壓鋼瓶的使用方法。學會用精密電子溫差測量儀測定

溫度的改變值。

二、基本原理

燃燒焓的定義：在指定的溫度和壓力下，lmol的物質完全燃燒生成指定產物

的焓變，稱該物質在此溫度下的摩爾燃燒焓，記作

cm

HV。燃燒產物指定該化合物

中C變為C0

2

(g)，H變為H

2

O(l)，S變為SO

2

(g)，N變為N

2

(g)，Cl變為HCl(aq)，

金屬都成為游離狀態等。

燃燒熱的測定，除了有其實際應用價值外，還可用來求算化合物的

生成熱、化學反應的反應熱和鍵能等，具有重要的理論價值。

量熱方法是熱力學的一個基本實驗方法。熱量有Q

p

和Q

v

之分。用

氧彈熱量計測得的是恒容燃燒熱Q

v

；從手冊上查到的燃燒熱數值都是在

298.15K，1p?條件下，即標準摩爾燃燒焓，屬于恒壓燃燒熱Qp。由熱

力學第一定律可知，在不做非膨脹功的條件下，

v

QU?V；

p

QH?V。若

把參加反應的氣體和反應生成的氣體都作為理想氣體處理，則它們之間

存在以下關系：

pv

QQnRT???

（1）

式中，△n為反應前后生成物和反應物中氣體的物質的量之差；R為

氣體常數；T為反應的熱力學溫度(量熱計的外桶溫度，環境溫度)。

在本實驗中，在盛有2500ml水的容器中放入裝有W克樣品和氧氣的密閉

氧彈，使樣品完全燃燒，放出的熱量引起體系溫度的上升。根據能量守恒原理，

用溫度計測量溫度的改變量，由下式求得Q

v

。

()

v

M

QCTT

W

??

終始

（2）

式中，M是樣品的摩爾質量（-1）；C為樣品燃燒放熱給水和儀器每升

高1度所需要的熱量，稱為水當量(J.K-1)。水當量的求法是用已知燃燒熱的物質

（本實驗用苯甲酸）放在量熱計中，測定和T

始

和T

終

，即可求出水當量C；然

后再用相同的方法對奈進行測定，測定和T

始

和T

終

，代入上式，便可求得其燃

燒熱。

三、儀器與試劑：

氧彈熱量計1套、容量瓶(1000mL)1個、氧氣鋼瓶1個、氧氣減壓閥1個、

苯甲酸(分析純)、萘(分析純)、臺稱1臺、電子天平1臺(0.0001g)、壓片機1臺、

燃燒絲、棉線。

四、實驗步驟：

1.熱量計的水及儀器當量(即總熱容量)的測定

熱量計的熱容量就是與其量熱體系具有相同熱容量的水的重量(以克計)。熱

量計熱容量表數值上等于量熱體系溫度升高1℃所需的熱量。量熱體系指在實

驗過程中發生的熱效應所能分布到的部份，包括量熱容器，氧彈的全部以及攪

拌器，溫度計的一部分。

熱量計熱容量用已知燃燒熱值的苯甲酸，在氧彈內用燃燒的方法測定。試

樣的測定應與熱容量的測定在完全相同的條件下進行。當操作條件有變化時，

如更換或修理熱量計上的另件，更換溫度計，室溫與上次測定熱容量時的室溫

相差超過5℃以及熱量計移到別處等，均應重新測定熱容量。

(1)樣品壓片在臺秤上粗稱苯甲酸約0.9-1.0g，用壓片機壓成片，取約

10cm長的燃燒絲和棉線各一根，分別在電子天平上準確稱重；用棉線把燃燒絲

綁在苯甲酸片上，準確稱重。

(2)氧彈充氧將氧彈的彈頭放在彈頭架上，把燃燒絲的兩端分別緊繞在氧

彈頭上的兩根電極上，把彈頭放入彈杯中，擰緊。

充氧時，開始先充約0.5MPa氧氣，然后開啟出口，借以趕出氧彈中的空氣。

再充入1MPa氧氣，充氣約2分鐘。氧彈放入量熱計中，接好點火線。氧彈不

應漏氣，如有漏氣現象，應找出原因，子以修理。

(3)調節水溫準備一桶自來水，調節水溫約低于外筒水溫1℃（也可以不

調節水溫直接使用）。用量筒取2500mL水注入內筒，水面應淹到氧彈進氣閥螺

帽高度的2／3處，裝好攪拌頭。

(4)測定水當量將測溫探頭插入內筒，測溫探頭和攪拌器均不得接觸氧彈

和內筒。整個實驗分為三個階段：

1.初期：這是試樣燃燒以前的階段。在這一階段觀測和記錄周圍環境與量

熱體系在試驗開始溫度下的熱交換關系。每隔1min讀取溫度一次，這樣連續讀

取8~10組溫度，直到讀取的溫度與上次相差小于0.01℃。

2.燃燒期：燃燒定量的試樣，產生的熱量傳給熱量計，使熱量計裝置的各

部分溫度達到均勻。

在初期的最末一次讀取溫度的瞬間，按下點火鍵點火(按住約1min不放)，

若溫度迅速上升，則表明樣品已經開始燃燒（如果通電后，溫度沒有迅速上升，

表示點火沒有成功，需打開氧彈，檢查原因）燃燒過程中每隔15s讀取一次溫

度，直到溫度上升明顯緩慢為止，這個階段算作燃燒期。

3.末期：這一階段的目的與初期相同，是觀察在試驗終了溫度下的熱交換

關系。在燃燒期讀取最后一次溫度后，每隔1min讀取溫度一次，共讀取8~10

組溫度作為實驗的未期．

（5)停止觀測溫度后，從熱量計中取出氧彈，用放氣帽緩緩壓下放氣閥，

在1分鐘左右放盡氣體，擰開并取下氧彈蓋，量出未燃完的引火線長度，計算

其實際消耗的重量。隨后仔細檢查氧彈，如彈中有煙黑或未燃盡的試樣微粒，

此試驗應作廢。如果未發現這些情況，用蒸餾水洗滌彈內各部份，坩堝和進氣

閥。

(6)用干布將氧彈內外表面和彈蓋拭凈，最好用熱風將彈蓋及另件吹干或風

干，備用。

2.試樣燃燒熱的測定：

萘的燃燒熱的測定稱取0.5g萘，用上述同樣的方法進行測定。

五、數據處理：

1.實驗數據：

苯甲酸

反應前期（1次/min）反應中期（1次/15s）反應后期（1次/min）

時間溫度時間溫度時間溫度

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

反應前期（1次/min）反應中期（1次/15s）反應后期（1次/min）

時間溫度時間溫度時間溫度時間溫度

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

原始數據記錄：

（1）燃燒絲重g；棉線重g；苯甲酸樣品重g；

剩余燃燒絲重g；水溫℃。

（2）燃燒絲重g；棉線重g；萘樣品重g；

剩余燃燒絲重g；水溫℃。

2.由實驗數據分別求出苯甲酸、萘燃燒前后的t始

和t

終

。

ΔT

苯甲酸

＝ΔT

萘＝

用雷諾法校正溫差具體方法為：將燃燒前后觀察所得的一系列水溫和時間關

系作圖，得一曲線，如圖1所示。

圖1雷諾法校正溫差

在圖1(a)中，H點意味著燃燒開始，熱傳入介質；D點為觀察到的最高溫度值；從

相當于室溫的J點作水平線交曲線于I，過I點作垂線ab，再將FH線和GD線延長并

分別交ab線于A、C兩點，其間的溫度差值即為經過校正的△T。圖1(a)中AA′為

開始燃燒到溫度上升至室溫這一段時間△t

1

內，由環境輻射和攪拌引進的能量所

造成的升溫，故應予扣除。CC′為由室溫升到最高點D這一段時間△t

2

內，熱量

計向環境的熱漏造成的溫度降低，計算時必須考慮在內。故可認為A、C兩點的

差值較客觀地表示了樣品燃燒引起的升溫數值。

在某些情況下，熱量計的絕熱性能良好，熱漏很小，而攪拌器功率較大，不

斷引進的能量使得曲線不出現極高溫度點，如圖1(b)所示。校正方法相似。

作苯甲酸和萘燃燒的雷諾溫度校正后，由△T計算體系的熱容量和萘的恒容

燃燒熱Q

V

，并計算其恒壓燃燒熱Q

P

；再用公式法計算體系的熱容量和萘的恒容

燃燒熱Q

V

，并計算其恒壓燃燒熱Q

P

。并分別比較測定結果的相對百分誤差。

六、注意事項：

1.試樣在氧彈中燃燒產生的壓力可達14MPa。因此在使用后應將氧彈內部擦干

凈，以免引起彈壁腐蝕，減小其強度。

2.氧彈、量熱容器、攪拌器在使用完畢后，應用干布擦去水跡，保持表面清潔、

干燥。

3.內筒中加2500mL水后若有氣泡逸出，說明氧彈漏氣，設法排除。

4.攪拌時不得有摩擦聲。

5.測定樣品萘時，內筒水要更換且需調溫。

6.氧氣遇油脂會爆炸。因此氧氣減壓器、氧彈以及氧氣通過的各個部件，各連接

部分不允許有油污，更不允許使用潤滑油。如發現油垢，應用乙醚或其他有機溶

劑清洗干凈。

7.坩堝在每次使用后，必須清洗和除去碳化物，并用紗布清除粘著的污點。

七、思考題：

1.攪拌太慢或太快有何影響？

2.實驗中那些因素容易造成誤差？最大誤差是哪種？提高本實驗的準確度

應該從哪方面考慮？

3.說明恒容熱和恒壓熱的關系。

SHR-15A燃燒熱實驗儀操作規程

一、簡介

SHR-15A燃燒熱實驗儀是本廠采納用戶意見，從滿足師生做燃燒熱試驗方便，采集數據

快捷、準確的角度出發，以此開發的新型儀器。SHR-15A燃燒熱實驗儀集數據采集、點火控

制、攪拌控制于一體，外觀新穎，是院校師生做此類實驗的理想儀器。

二、面板示意圖

（一）前面板示意圖

圖一面板示意圖

1、電源開關。

2、鎖定鍵——鎖定選擇的基溫，按下此鍵，基溫自動鎖定，此時“采零”鍵不起作用，

直至重新開機。

3、測量/保持鍵——測量與保持功能之間的轉換。

4、采零鍵——用于消除儀表當時的溫差值。

5、增時健——按下此鍵，延長定時時間。

6、減時健——按下此鍵，縮短定時時間。

7、攪拌開關。

8、點火按鍵——按下此鍵，點火輸出線輸出0～36V交流電壓。

9、指示燈——燈亮，表明儀表處于相對應的狀態。

10、定時顯示窗口——顯示設定的間隔時間。

11、溫度顯示窗口——顯示所測物的溫度值。

12、溫差顯示窗口——顯示溫差值。

（二）后面板示意圖：

圖二后面板示意圖

1、傳感器插座——將傳感器插頭插入此插座。

2、控制輸出——攪拌電機、點火輸出連接處。

3、RS232C串行口——計算機接口。（可選配）

4、熔絲盒——保險絲2A。

5、電源線插座——接～220V電源。

三、使用方法

1、將傳感器接入后面板傳感器座，用專用連接線一端接入后面板“控制輸出”座。另一端

接熱量計的輸入（連接攪拌電機，氧彈），如需與電腦連接,用串行口線與RS232C串行口

連接即可。最后將電源線一端與儀器連接,另一端與～220V的電源連接。

2、打開電源開關，前面板顯示如圖三，測量指示燈亮：

8.67228.6700

溫差顯示(℃)溫度顯示(℃)定時顯示(秒)

圖三

3、將傳感器放入被測介質中，待溫度、溫差相對穩定后按“采零”鍵，溫差即顯示為“0.000”，

此后溫差窗口顯示即為介質溫度“變化量”。

4、按下“鎖定”鍵，“鎖定”指示燈亮，儀器自動鎖定所需基溫，如在26.77℃時,儀器自

動鎖定20℃為基溫,26.77℃—20℃=6.772℃。溫差顯示為6.772℃。

注意：按下“鎖定”鍵后，“采零”鍵不起作用，直至重新開機。

5、打開攪拌開關，攪拌指示燈亮,儀器輸出110V的攪拌電機工作電壓。

6、按下“點火”按鍵，“點火”指示燈亮，儀器輸出0～36V點火電壓，延續數秒后，點火

指示燈滅，表明點火成功。

7、數據采集過程如需手工記錄數據或觀測數據，按一下“保持”鍵，蜂鳴器響，溫度、溫

差不變化，方便記錄，再按一下“測量/保持”鍵，儀器自動跟蹤測量，如需定時記錄，

按“定時”鍵可在0～99S之間設定記錄時間的間隔。

8、實驗完畢，關閉電源開關，拔下電源線。

燃燒熱實驗——量熱計操作規程

一、簡介

燃燒焓是指1摩爾物質在等溫、等壓下與氧進行完全氧化反應時的焓變，是熱化學中的

重要數據。一般化學反應的熱效應，往往因為反應太慢或反應不完全，不是不能直接測定，

就是測不準。但是，通過蓋斯定律可用燃燒熱數據間接求算。因此燃燒熱廣泛地用于各種熱

化學測量。測量燃燒熱原理是能量守恒定律，樣品完全燃燒放出的能量使量熱計本身及其周

圍介質（本實驗用水）溫度升高，測量了介質燃燒前后溫度的變化，就可計算該樣品的恒容

燃燒熱。許多物質的燃燒熱和反應熱已經測定。本實驗燃燒熱是在恒容情況下測定的。

系統除樣品燃燒放出熱量引起系統溫度升高以外還有其他因素，這些因素都須進行校

正。其中系統熱漏必須經過雷諾作圖法校正。

校正方法如下：

稱適量待測物質，估計其燃燒后可使水溫升高1.5～2.0度，預先調節水溫使其低于環境1.0

度左右。按操作步驟進行測定,將燃燒前后觀察所得的一系列水溫和時間關系作圖，可得圖

b（1）的圖形，圖中H點意味著開始燃燒，熱傳入介質；D點為觀察到的最高溫度值；從相

當于室溫的J點作水平線交曲線與I，過I點作垂線ab,再將FH線和GD線延長并交ab線于

A、C兩點。A點與C點所表示的溫度差即為欲求溫度的升高△T。圖中AA’為開始燃燒到溫

度上升至室溫這一段時間△t1內，由環境輻射和攪拌引進的能量而造成量熱計溫度的升高，

必須扣除之。CC’為室溫升高到最高點D這一段時間△t2內，量熱計向環境的熱漏造成溫度

的降低，計算時必須考慮在內。由此可見，AC兩點的差值較客觀地表示了由于樣品燃燒促

使溫度升高的數值。

有時量熱計的絕熱情況良好，熱漏小，而攪拌器功率大，不斷稍微引進能量使得燃燒后

的最高點不出現，如圖b（2）所示。其校正方法同前述。

二、使用方法

1、仔細閱讀《SHR-15A燃燒熱實驗儀說明書》。

2、將熱量計及全部附件加以整理并洗凈。

3、測量水當量K

（1）壓片

先用天平粗稱1.0g左右的苯甲酸，在壓片機中壓成片狀。（不能壓太緊，太緊點火后不

能充分燃燒。）壓成片狀后,再在天平上準確稱重。

（2）裝樣

旋開氧彈，把氧彈的彈頭放在彈頭架上，將樣品苯甲酸放入坩堝內，把坩堝放在燃燒架

上。取一根燃燒絲并測量其長度，然后將燃燒絲兩端分別固定在彈頭中的兩根電極上，中部

貼緊樣品苯甲酸。（燃燒絲與坩堝壁不能相碰）在彈杯中注入10ml水，把彈頭放入彈杯中，

用手擰緊。

（3）充氧

使用高壓鋼瓶必須嚴格遵守操作規則。開始先充入少量氧氣（約0.5MPa），然后將氧彈

中的氧氣放掉，借以趕出彈中空氣。再向氧彈中充入約2Mpa的氧氣。

（4）調節水溫

將量熱計外筒內注滿水，用手動攪拌器稍加攪動。按使用說明書將熱量計與燃燒熱實驗

儀連接起來，打開SHR-15A燃燒熱實驗儀的電源（不要開啟攪拌開關），將傳感器插入加水

口測其溫度，待溫度穩定后，記錄其溫度值。再用筒取適量自來水，測其溫度，如溫度偏高

或相平則加冰調節水溫使其低于外筒水溫1度左右。用容量瓶精取3000ml已調好的自來水

注入內筒，再將氧彈放入,水面剛好蓋過氧彈。如氧彈有氣泡逸出，說明氧彈漏氣，尋找原

因并排除。將電極插頭插在氧彈兩電極上，此時點火指示燈亮,蓋上蓋子。（注意：攪拌器不

要與彈頭相碰。）同時將傳感器插入外筒水中。（5）點火

開啟攪拌開關，進行攪拌。水溫基本穩定后，將溫差“采零”并“鎖定”。然后將傳感

器取出,放入內筒水中，待溫度穩定后,設置蜂鳴60秒一次,每隔60秒記錄一次溫差值（精

確至±0.002℃），直至連續10次水溫有規律微小變化。設置蜂鳴15秒一次，按下“點火”

按鈕，此時點火指示燈滅，停頓一會點火指示燈又亮，直到燃燒絲燒斷，點火指示燈才滅。

杯內樣品一經燃燒，水溫很快上升，點火成功。每隔15秒,記錄一次溫差值，直至兩次讀數

差值小于0.005℃，設置蜂鳴60秒一次,每隔60秒記錄一次溫差值（精確至±0.002℃），

連續讀10個點，實驗結束。

注意：（水溫沒有上升，說明點火失敗，應關閉電源，取出氧彈，放出氧氣，仔細檢查

燃燒絲及連接線，找出原因并排除）。

（6）校驗

實驗停止后，關閉電源，將傳感器放入外筒。取出氧彈，放出氧彈內的余氣。旋下氧彈蓋，

測量燃燒后殘絲長度并檢查樣品燃燒情況。樣品沒完全燃燒，實驗失敗，須重做；反之，說

明實驗成功。

4、測量待測物

稱取0.6克左右萘，同法進行上述實驗操作一次。

三、注意事項

1、待測樣品需干燥，受潮樣品不易燃燒且稱量有誤。

2、注意壓片的緊實程度，太緊不易燃燒，太松容易裂碎。

3、加熱絲應緊貼樣品，點火后樣品才能充分燃燒。

4、點火后，溫度急速上升，說明點火成功。若溫度不變或有微小變化，說明點火沒有成功

或樣品沒充分燃燒。應檢查原因并排除。

5、實驗儀“采零”或正式測量后必須“鎖定”。