燃烧焓.,.,
燃烧焓的测定-物化实验
实验四 燃烧焓的测定冷向星 2021011976 材03班〔同组实验者：李琦〕实验日期：2021-4-5带实验的教师XX ：陈春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响热效应。
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响物的温度一样，在反响过程中只做体积功而不做其它功时，化学反响吸收或放出的热量，称为此过程的热效应，通常亦称为“反响热〞。
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响的等压热效应Q p 。
在实际测量中，燃烧反响常在恒容条件下进展(如在弹式量热计中进展)，这样直接测得的是反响的恒容热效应Q V 〔即燃烧反响的摩尔燃烧内能变ΔC U m 〕。
假设反响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〕图1 量热氧弹 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展萘的燃烧焓的测定，构造如图1。
实验过程中外水套保持恒温，内水桶与外水套之间以空气隔热。
同时，还把内水桶的外外表进展了电抛光。
这样，内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内桶中，盖好外桶盖。
2.9反应焓和燃烧焓
解决目标任务
自由讨论
N2(g) + 3H2(g)
2NH3 (g)
1、计算该反应的反应焓 2、解决思考，互动讨论 思考：合成氨生产的化学反应，如何来计算反应的热 效应，为保障该反应的进行，我们应提供多少热量？ 应使用何种反应器可以承受这些热量？
练习： 已知在标准状态下下述反应的标准焓变： C(s) + 1/2O2(g) → CO(g) ΔH1θ CO(g) + 1/2O2(g) → CO2(g) ΔH2θ H2(g) + 1/2O2(g) → H2O(g) ΔH3θ 2 H2(g) + O2(g) → 2H2O(g) ΔH4θ (1) ΔH1θ ,ΔH2θ, ΔH3θ, ΔH4θ是否分别为 CO(g), CO2(g), H2O(g), H2O(l)的标准摩尔 生成焓？ (2) ΔH1θ ,ΔH2θ, ΔH3θ是否分别为C(s), CO(g), H2(g)的标准摩尔燃烧焓？
2.9反应焓和燃烧焓
复习
化学反应的热效应：通常是指体系在恒温恒 压或恒温恒容且不作非体积功的条件下进行时， 系统吸收或释放的热量。 若反应在等温等压下进行， Qp= ΔrH 若反应在等温等容下进行， QV= ΔrU 1、 反应热的测量方法
弹式量热计 通入 O2 通电导线 温度计
搅拌器
绝热壁 H2O 反应物
C2 H 5OH(l) 3O2 (g) 2CO2 (g) 3H2O(l)
应用式(2.10.1) 于上式：
r H c H m C2 H 5OH, l νB f H m B 2 f H m CO 2 , g 3 f H m H 2O, l f H m C2 H 5OH, l
燃烧焓的测定
实验二 燃烧焓的测定【实验目的】1． 掌握数显氧弹式热量计测定物质燃烧焓的热力学原理及方法；2． 了解数显氧弹式热量计的构造并掌握其使用方法。
【实验原理】物质的标准摩尔燃烧焓（变）Δc H m (B,T)是指在温度T 和标准状态下，由1 mol 指定相态的物质与氧气完全氧化的等压反应热。
在适当条件下，很多有机物都能在氧气中迅速地完全氧化，从而可以利用燃烧法快速准确地测定其燃烧焓。
燃烧焓通常用热量计测定。
但是用氧弹式热量计（如图II-2-1）测得的不是摩尔燃烧焓Δc H m ，而是摩尔燃烧热力学能（变）Δc U m 。
若把参与反应的气体视为理想气体，并忽略压力对燃烧焓的影响，则可按下式将摩尔燃烧热力学能换算成标准摩尔燃烧焓：Δc H m (B,T)=Δc U m (B,T)+ΣB νB(g)RT (2.1)式中νB(g )为参加反应的气体物质的化学计量数，对反应物νB(g)取负号，而对产物νB(g)取正号。
用氧弹式热量计测定燃烧焓时，要尽可能在接近绝热的条件下进行。
实验时，氧弹放置在装有一定量水的内桶中，内桶外是空气隔热层，再外面是温度恒定的水夹套。
整个热量计可看做一个等容绝热系统，其热力学能变ΔU 为零。
ΔU 由四部分组成：样品在氧气中等容燃烧的热力学能Δc U(B)；引燃丝燃烧的热力学能Δc U 。
氧弹中微量氮气氧化成硝酸的等容生成热力学能Δf U(HNO 3)；热量计（包括氧弹，内桶，搅拌器和温度感应器等）的热力学能变化ΔU （热力计）。
因此，ΔU 可表示为：ΔU=Δc U (B)+ ΔU c(引燃丝)+Δf U (HNO3)+ ΔU (热量计)式中Δf U (HNO3)相对于样品的燃烧热值极小，而且氧弹中的微量氮气可通过反复充氧加以排除，因此可忽略不计，上式则变为：ΔU=Δc U (B)+ Δc U (引燃丝)+ ΔU (热量计)=0如果已知物质的质量、等容燃烧热值及燃烧前后系统温度的变化ΔT ，则上式还可以写为更实用的形式：m （B ）·Q v(B) + m 2Q 2 + C ΔT = 0 (2.2)式中m (B)为样品的质量（g ）；Q v(B)为样品的等容燃烧热值（J·g -1）；m 2为燃烧掉的引燃丝的质量（g ）；Q 2为引燃丝的燃烧热值（J·g -1）。
2.2燃烧焓和热值
kJ kJ 10 393, 546 11 285, 857 kmol kmol 6, 830, 096kJ
3
例题
所以
hc H c , H 2O (l ) NC10 H 22 6,830, 096kJ 6,830, 096 kJ kmol C10 H 22 1kmol
甲烷的空气/燃料恰当比为17.11，于是反应焓或燃烧焓为
50016 hR 2761.8kJ / kgmix 17.11 1
2
热值
燃料的发热量（热值Calorific Value）
定义：指单位质量或单位体积（对气体燃料而言）的燃料 （在标准状态下）与空气完全燃烧时所能释放出的 最大热量。是衡量燃料作为能源的一个很重要的指标。
6,830, 096
- 12 -
hc hc MWC10 H 22
kJ kmol 48003 kJ kg C10 H 22 kg 142.284 kmol
h h 对于低热值，将 f , H 2O (l ) 换成 f , H 2O ( g ) 即可，因此有
hc 6,345,986 kJ kmol C10 H22
C10 H 22 g 15.5 O2 3.76 N 2 10CO2 11H 2O l或g 15.5 3.76 N 2
- 10 -
无论高热值还是低热值，都有
Hc H R H reac H prod
其中 H prod 的值依产物中的状态而定。
- 3 -
-qCV = -(hprod – hreac)
反应物 （标准状态下化学当 量燃料-空气混合物） 产物
（标准状态下完全燃烧）
燃烧焓的测定
实验1:燃烧热(焓)的测定一、实验目的：1、用恒温式热量计测定萘的燃烧焓；2、明确燃烧焓的定义，了解恒压燃烧焓与恒容燃烧焓的差别；3、了解恒温式热量计中主要部分的作用，掌握恒温式热量计的实验技术；4、学会雷诺图解法，校正温度改变值；二、实验基本原理：燃烧焓是指1mol物质在等温、等压下与氧进行完全氧化反应时的焓变。
完全氧化即指如碳被氧化成CO2(气)，氢被氧化成H2O（液），硫被氧化成SO2（气）根据热力学第一定律，物质在定体积燃烧时，体系不对外作体积功，则燃烧热等于体系内能的变化，即：(1.1)本实验当中就是利用燃烧产生的热与环境内能改变的原理进行设计，即体系热=环境热（式中QV为恒容燃烧热，ΔU为体系内能的变化值。
）设体系的恒容热容为C V，则若将n mol 被测物质置于充氧的氧弹中使其完全燃烧。
燃烧时放出的热量使体系温度升高ΔT，即可根据下式计算实际放出的热量：(1.2)则恒容摩尔燃烧热QV.m 可用下式计算：(1.3)将实验中测得的恒容燃烧热代入热力学基本关系式，可求得恒压燃烧热 Qp： Qp =ΔH =ΔU +Δ(pV) = Q V + pΔV (1.4)（式中ΔH 为反应的焓变，p 为反应压力，ΔV 为反应前后体积的变化。
）由于凝聚相与气相相比，其体积可忽略不计，则ΔV 可近似为反应前后气体物质的体积变化。
设反应前后气态的摩尔数变化为Δn，并设气体为理想气体，则 pΔV=ΔnRT (1.5)则： Q p = Q V +ΔnRT (1.6)反应热效应的数值与温度有关，燃烧热也如此。
其与温度的关系为：(1.7)（式中ΔCp 为燃烧反应产物与反应物的恒压热容差，是温度的函数。
）通常，温度对热效应影响不大。
在较小的温度范围内，可将反应的热效应看着与温度无关的常数。
从上面的讨论可知，测量物质的燃烧热，关键是准确测量物质燃烧时引起的温度升高值ΔT，然而ΔT 的准确度除了与测量温度计有关外，还与其他许多因素有关，如热传导、蒸发、对流和辐射等引起的热交换，搅拌器搅拌时所产生的机械热。
标准摩尔燃烧焓
标准摩尔燃烧焓摩尔燃烧焓是描述燃烧过程中释放或吸收的能量的重要物理量，它是燃料燃烧时放出热量的热力学参数。
在化学反应中，摩尔燃烧焓是指单位摩尔燃料在标准状态下完全燃烧所释放或吸收的热量。
燃料的燃烧是一种氧化还原反应，通常伴随着放热现象，而摩尔燃烧焓就是描述这一放热现象的重要参数。
摩尔燃烧焓的计算通常需要考虑到燃料的化学组成、燃烧产物的物态、燃烧反应的平衡等因素。
在标准状态下，摩尔燃烧焓可以通过热量变化来计算，其计算公式为：ΔH = Σ(nΔHf[产物]) Σ(mΔHf[反应物])。
其中，ΔH表示摩尔燃烧焓，ΔHf表示标准生成焓，n和m分别表示产物和反应物的摩尔数。
通过这个公式，我们可以计算出不同燃料在标准状态下的摩尔燃烧焓，从而比较它们的燃烧热效率。
摩尔燃烧焓的概念对于燃料的选择、燃烧过程的优化具有重要意义。
通过比较不同燃料的摩尔燃烧焓，我们可以选择出燃烧热效率高的燃料，从而降低能源消耗、减少环境污染。
同时，燃烧过程的优化也需要考虑到摩尔燃烧焓的影响，通过调整燃料的使用量、燃烧条件等因素，来提高燃烧过程的效率，降低能源损耗。
在工程实践中，摩尔燃烧焓的计算和应用也具有重要意义。
工程师们可以通过计算不同燃料的摩尔燃烧焓，来选择合适的燃料类型和燃烧工艺，从而实现能源的高效利用。
同时，在燃烧设备的设计和优化中，摩尔燃烧焓也是一个重要的参考参数，它可以帮助工程师们更好地理解燃烧过程的能量转化规律，从而设计出更加节能环保的设备。
总之，摩尔燃烧焓作为描述燃烧过程能量变化的重要参数，对于能源的选择、燃烧过程的优化以及工程设计都具有重要意义。
通过深入理解摩尔燃烧焓的概念和计算方法，我们可以更好地实现能源的高效利用和环境保护，推动燃烧技术的进步和发展。
燃烧热(焓)的测定
燃烧热（焓）的测定【实验目的】1.用恒温式热量计测定萘的燃烧焓2.明确燃烧焓的定义，了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别3.了解恒温式热量计中主要部分的作用，掌握恒温式热量计的实验技术4.学会雷诺图解法，校正温度改变值【实验原理】燃烧焓是指1mol物质在等温、等压下与氧进行完全氧化反应时的焓变。
“完全氧化”的意思是化合物中的元素生成较高级的稳定氧化物，如碳被氧化成CO2（气），氢被氧化成H2O （液），硫被氧化成SO（气）等。
燃烧焓是热化学中重要的基本数据，因为许多有机化合物的标准摩尔生成焓都可通过盖斯定律由它的标准摩尔燃烧焓及二氧化碳和水的标准摩尔生成焓求得。
通过燃烧焓的测定，还可以判断工业用燃料的质量等。
由上述燃烧焓的定义可知，在非体积功为零的情况下，物质的燃烧焓常以物质燃烧时的热效应（燃烧热）来表示，即ΔC H m=Q p·m。
因此，测定物质的燃烧焓实际就是测定物质在等温、等压下的燃烧热。
量热法是热力学实验的一个基本方法。
测定燃烧热可以在等容条件下，亦可以在等压条件下进行。
等压燃烧热（Q P）与等容燃烧热（Q V）之间的关系为：Q P=Q V+Δm（g）=Δξ∑v B（g）RT （2—1）或Q p·m=Q v·m+∑v B（g）RT式中，Q p·m或Q v·m均指摩尔反应热，∑v B（g）为气体物质化学计算数的代数和；Δξ为反应进度增量，Q p或Q v则为反应物质的量为Δξ时的反应热，Δm（g）为该反应前后气体物质的物质的量变化，T为反应的绝对温度。
测量其原理是能量守恒定律，样品完全燃烧放出的能量使热量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，就可以求算该样品的恒容燃烧热。
其关系如：Q v=-C vΔT （2-2）上式中负号是指系统放出热量，放热时系统的内能降低，而C v和ΔT均为正值。
系统除样品燃烧放出热量引起系统温度升高以外，其他因素：燃烧丝的燃烧，氧弹内N2和O2化合并溶于水中形成硝酸等都会引起系统温度的变化，因此在计算水当量及发热量时，这引起因素都必须进行校正，其校正值如下：（1）燃烧丝的校正：Cu-Ni合金丝：-3.138J·cm-1（2）酸形成的校正：（本实验此因素忽略）。
实验一、燃烧焓的测定
∆cH反<0
∆rH<0 C+D ∆cH产<0
∆rH>0 A+B ∆cH产<2等 燃烧产物
3.
键焓
由化学键的键焓可以估算化学反应的热效应. 由化学键的键焓可以估算化学反应的热效应 化学反应实质上是分子中的原子或原子团进行重新组合, 化学反应实质上是分子中的原子或原子团进行重新组合 一些化学键断裂, 一些化学键生成. 一些化学键断裂 一些化学键生成 反应的焓变就是这些键能 的代数和, 所以由化学键能可以估算化学反应的焓变. 的代数和 所以由化学键能可以估算化学反应的焓变 因为化学键键焓影响因素很多, 故由键焓求出的反应焓变 因为化学键键焓影响因素很多 精度不高, 一般在无其它数据时, 可用键焓对反应热进行估算. 精度不高 一般在无其它数据时 可用键焓对反应热进行估算
• 常见的化学键的键焓如下: 常见的化学键的键焓如下 H－H 435.9 kJ.mol-1 － C－C 342 kJ.mol-1 － C＝C 613 kJ.mol-1 ＝ C≡C 845 kJ.mol-1 N－N 85 kJ.mol-1 － O－O 139 kJ.mol-1 － O－H 463 kJ.mol-1 － N－H 354 kJ.mol-1 －
氧弹
1－厚壁圆筒 － 2－弹盖 － 3－螺帽 － 4－进气孔 － 5－排气孔 － 6－电极 － 7－燃烧皿 － 8－电极（也是进气管） －电极（也是进气管） 9－火焰遮板 －
实验步骤
• 量热计常数 的测定 量热计常数K的测定
如: • 0.5H2(g,1p0)+ 0.5Cl2(g,1p0) 测得: 测得
298K
HCl(g,1p0)
∆rHm0=－92.31kJ.mol-1 － 因为此反应即为HCl的生成反应，所以， 的生成反应，所以， 因为此反应即为 的生成反应
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物理化学实验报告
实验名称：燃烧焓的测定
学院：化学工程学院
专业：化学工程与工艺
班级：化工11-2班
姓名：王彤学号11402010228
一、实验目的
1、用氧弹量热计测定萘的摩尔燃烧焓。
2、了解热量计中主要部分的作用，掌握氧弹量热机的实验技术。
二、实验原理
本实验采用氧弹式量热机测定萘的燃烧焓，测量的基本原理是将一定量待测萘样品在氧弹中完全燃烧，燃烧时放出的热量使量热计本身及氧弹周围介质的温度升高。
通过测定燃烧前后量热计（包括氧弹周围介质）温度的变化值，就可以求出该样品的燃烧热。
实验测得的是恒容反应热Q V，通过
Qp = Qv + △n·R·T
即可计算得到萘的摩尔燃烧焓ΔC H m。
整个量热计可看做一个等容绝热系统，其热力学能变ΔU为零。
ΔU可表示为：
ΔU=ΔC U B+ΔC U引燃丝+ΔU量热计=0
已知m B，Q V，B，ΔT，则上式为：m B Q V，B +lQ l+KΔT=0
实验测得热容量K后，根据上式计算Q V，B，进而换算为样品的摩尔热力学能变ΔC U m(B,T)，再算出样品的摩尔燃烧焓 c H m(B,T)。
本实验用已知标准摩尔燃烧焓的苯甲酸[ΔC Hөm(苯甲酸，s,298.15K)= -3226.71kJ/mol]来测定量热计的热容量K，Ql= -6.699J·cm-1。
重复实验，测定萘的摩尔燃烧焓。
由于量热计无法做到完全绝热，因此燃烧前后温度差的测量值须经雷诺温度校正图校正。
三、实验仪器、试剂
仪器：氧弹量热计一台，压片机一台，万用表一只，贝克曼温度计一支，温度计（0℃~100℃）一支，点火丝，容量瓶（1000ml）一只，氧气钢瓶及减压阀一只
试剂：萘（A.R），苯甲酸（A.R）
实验装置：
四、实验步骤
1、热量容K的测定
⑴准确截取15cm的引燃丝，将引燃丝中部绕成环状。
⑵称取苯甲酸0.8~1.0g，在压片机上压成片状。
将样品在桌面上敲击2~3次，再在分析天平上准确称量。
⑶拧开氧弹盖放在专用支架上，将弹内洗净，擦干。
分别将引燃丝两端固定在氧弹内两电极柱上，药片置于不锈钢坩埚中，使引燃丝接触药片表面，盖上氧弹盖并拧紧。
⑷打开氧气瓶阀门，调节减压阀，使压力达到1~2MPa。
将氧弹置于充氧器底座上，使进气口对准充氧器的出气口。
充氧至充氧器压力表值约为1.0MPa，用放气阀将氧弹中的氧气放出，然后再次充氧约1 MPa，浸入水中检查是否漏气，确认密封良好后进行下一步实验。
⑸将充有氧气的氧弹放入内桶底座上，检查搅拌叶片是否正常工作。
量取低于室温的3000ml 自来水倒入内桶中，，将贝克曼温度计的传感器竖直插入量热计盖上的孔中，其末端应处于氧弹高度的1/2处。
插好点火插头，装好搅拌器，打开控制箱的电源开关，按下“搅拌”键。
搅拌内桶水。
仪表开始显示内桶水温。
⑹约5min~6min后，系统温度达到恒定时，开始初期温度读数，每隔30s读数一次。
当读第10次时，将开关旋至点火档，仍每隔30s读一次主期温度读数，直至两次温差小于0.005℃时，再继续读温10次，读数精确到0.005℃。
⑺停止搅拌，取出温度计传感器，拔掉引火导线，取出氧弹并擦于其外壳，放掉氧气，打开氧弹盖，检查燃烧是否完全。
若内有积碳，则说明此实验失败，需重做。
若无积碳，则说明实验成功。
取出为烧完的点火丝，测量其长度。
⑻洗净并擦干氧弹内外壁，将内桶蒸馏水倒入储水桶，擦干全部设备。
待氧弹及内桶和搅拌
器温度与室温平衡后再做下一步实验。
2、萘的恒熔燃烧热值测定
称取0.6g左右的萘，实验步骤同上。
五、数据记录与处理
室温：17.3℃大气压力：101.72KPa
⑴苯甲酸的实验数据
样品质量：0.5877g 引燃丝初始长度：15.0cm
⑵萘的实验数据
样品质量：0.5625g 引燃丝初始长度：15.0cm 剩余引燃丝长度：8.0cm
苯甲酸燃烧前后所得的一系列水温和时间关系图
由图可得T A=15.533℃T C=17.005℃∴△T=1.472k ∵C7H6O2(s)+7.5O2 (g)= 7CO2(g)+3H2O(l)
Qv= Qp-△n·R·T=(-3226700)-(-0.5)*8.314*285.27= -3225.51kJ/mol Q V，B= Qv/M=(-3225500)/122= -26.438kJ/g
∵L=15.0-6.0=9.0cm 且m苯甲酸=0.5877g
∵Q l= -6.699J·cm-1
∵m B Q V，B+L Q l+K△T=0
∴K= -( m B Q V，B + L Q l)/ ΔT= -[0.5877*(-26438)+9.0*（-6.699)]/1.472=10.59kJ/K
萘燃烧前后所得的一系列水温和时间关系图
由图可得T A=18.506℃T C=16.998℃
∴△T=1.507K
∵L=15.0-8.0=7.0cm 且m萘=0.5625g
∵Q l= -6.699J·cm-1 且K=16.61kJ/K
∵m B Q V，B+L Q l+K△T=0
∴Q V，B= -( L Q l +KΔT)/ m B= -[7.0*(-6.699)+16610*1.507 /0.5625= -44.42 kJ/g
∴Qv= Q V，B*M= -44.42*128= -5685..3kJ/mol
∵C10H8(s)+12O2(g)=10CO2(g)+4H2O(l)
=-5685333.8+8.314*290.45*(-2)=-5690.2KJ/mol
萘的标准摩尔燃烧焓ΔC H m= -5153.9KJ/mol，实验的相对误差为：
|[-5690.2-( -5153.9)]/(-5153.9)*100%|=10.4%
六、结果与讨论
1、实验操作基本正确，实验误差为10.4%，说明此次试验有一定的误差的，造成误差的原因有：
a试剂如果不纯，就会影响实验结果的测定
b在校正雷诺温度时，看图读数会有误差
c引燃丝不是直的，导致测量长度时读数会有所偏差
2、用氧弹量热计测定燃烧焓时，要尽可能在接近绝热的条件下进行，但我们的实验中不可能完全接近绝热。